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行业分析

专家观点:制造双通道民机关注的问题
来源:杨超凡  2021-01-22 10:28:08
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-10426.html       国产双通道民机对标,空客A350和波音B787。这两款飞机中最大的起飞重量319吨。机身直径约6米、长度约60米。翼展65米。制造如此庞大的飞机将会面临许多问题。


       发动机

       我国研制支线飞机ARJ21-700和单通道C919,生产组织采用了国际通行的主制造商-供应商模式。ARJ21选用了美国GE公司制造的CF34-10A涡扇喷气发动机。C919选用了美国GE与法国赛锋合作制造的LEAP-1C涡扇喷气发动机。


       随着国际形势突变,西方随时都有可能断供发动机。对此,国家投入了巨大资源,研制国产发动机CJ-1000AX(长江1000),以取代LEAP-1C。双通道A350和B787所用的发动机,推力在7,0000到9,000磅(表1. 图1.)。而CJ-1000AX(长江1000)的推力属于3,000磅级。它仅适用于C919这样的单通道飞机。

表1. 发动机推力




图1. 进气口对比

      C919有了国产CJ-1000AX(长江1000)发动机,将不再担心美国断供。据传用于双通道民机的发动机,长江2000也有计划自己研制。但是支线飞机ARJ21的发动机,还得要走全部国产化的道路。

       俄罗斯有了美国对他们民机工业断供的教训。对民机所用的发动机,准备要全部国产(表2.)。其中连俄-法联合研制的SaM-146涡扇发动机,也要用全部国产的PD-8涡扇发动机取代。

       PD-35s涡扇发动机是俄罗斯,单独投资研发的。它不在中-俄合作宽体飞机CR929项目范围里。

表2. 俄罗斯民机发动机



       大部件运输

       空客A350总装在法国图卢兹,波音B787总装在西雅图埃弗雷特。他们的部件都是在其它地区工厂制造的(图2-1/-2.)。部、组件的外形尺寸超过了公路、铁路运输的限制。空客将A300客机的客舱加大,专门用来运输这些部、组件(图3-1)。波音改装B747用于运输大部、组件(图3-2)。


图2-1. A350部、组件制造地区


图2-2. B787部、组件制造地区


图3-1 空客A300改装的“白鲸-BELUGA”


图3-2 波音B747改装的 ”梦幻吊运机-DREAMLIFTER ”

       国产ARJ 21和C919总装在上海浦东国际机场以南祝桥镇。机身、机翼大部件均来自,中航工业西飞、沈飞、成飞、洪都等工厂。这些部件都可以通过公路或铁路运输。

       双通道飞机机身、机翼大部件,如何由这些工厂运到上海总装工厂?

       制造大部件新增加的设施

       双通道民机机身、机翼,将用树脂基碳纤维复合材料制造。它的制造工艺与铝合金大不相同。制造A350、B787部件的工厂,都新建了符合要求的巨大厂房。图4.展示波音B787部件;表3.列出了制造这些部件新建的厂房面积。

       由于基材树脂是热固性环氧树脂,它需要在高温、高压的热压罐中固化。因此,在新建厂房中都安装了,配合部件外形尺寸的巨型热压罐(表4. 图5.)。



图4. 波音787部件图

表3. 波音787制造部件的新厂房




图5. 热 压 罐

表4. 波音787制造部件的热 压 罐


       民机是商品,一种特殊商品

       国产双通道民机将来竞争的对手是,波音B787和空客A350。波音B787被西方誉为,民机工业的一次“革命”。显然它的技术水平要优于A350。毫无疑义研发目的标要对准B787,而不是A350。

       目前,B787毕竟进入市场十多年了。到929进入市场时,B787已经是将近二十多年前的产品了。因此, 929的技术方案,不但要能与B787相比,而且要有突出的亮点。要有亮点,这对当前研发人员是一个巨大的挑战。

       波音B787最突出的亮点是,机身使用热固性基材树脂的碳纤维复合材料、整体筒制造技术。材料的供应状态是以预浸料形式。工序中需要在热压罐中固化。热固性复合材料、预浸料、热压罐这一套材料技术,已经在航空工业使用40多年了。在这些年里,人们一直在寻求克服预浸料、热压罐,不足之处。

       随着科技进步热塑性碳纤维复合材料,成为关注的焦点。热塑复材没有严格冷藏或超过货架期的要求;制造零件过程中不需要高温、高压热压罐固化,只需要一般加热、加压和一点时间就可以实现固结。热塑复材还可以如同金属材料一样,进行冲压成型。零件连接可以采用焊接。特别是它可以回收再利用。

       2018年以前,一种高温、高性能热塑树脂 - 聚芳醚酮 (PAEK),进入航空研发领域。这种材料不但具有一般热塑树脂优点,特别是它的压缩性能好。由于热固性环氧树脂基材压缩强度低,致使一些结构件无法使用它来制造。因此,提高基材树脂的压缩强度,一直是航空科研人员孜孜追求的目标。高温、高性能热塑树脂,正好满足了这个要求。

       2018年赫氏(Hexcel)和东丽(Toray)迅速采取不同方式,引进法国阿科马(ArKema)的Kepstan®PEKK(聚醚酮酮)热塑树脂,推出用于民机的热塑碳纤维复合材料。这两家公司产品的调整,预示今后制造民机要用热塑复材。

       制造双通道民机部件用热塑性碳纤维复合材料,将会提升飞机的综合性能,是与波音B787竞争的亮点。

       支线飞机ARJ21-700没有美国FAA的适航证。只能在国内销售。单通道飞机C919要有欧洲EASA的适航证。C919可以进入世界民机市场。但是没有突出的亮点与空客A320neo相比,国外市场份额不会太大。到929进入世界市场,已经是十几年以后的事了。这时的929不但要能从国外市场分得一块蛋糕,而且她的英姿还要与我国在国际地位相匹配。

       说明:本文所关注的问题,泛指新研发的双通道民机。CR929是中俄联合研制的双通道民机。本文仅供中方参考。
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杨超凡

2021.1.21
文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-10426.html