随风扶摇起,直上九万里

2023-10-02 23:26夏莺
求学·理科版 2023年18期
关键词:中国民航飞机大学

夏莺

2023年5月28日,自上海虹桥国际机场起飞的中国东方航空MU9191航班平安降落在北京首都国际机场,标志着国产大飞机C919圆满完成首次商业航班飞行。

C919商业首飞的圆满成功,意味着中国商业航空工业迈上了一个新的台阶,同时也意味着中国民航不再全部依赖国外进口,真正走出了一条自主发展之路。

从“运-10”到C919

所谓的“大飞机”就是大型客机,一般指起飞总重超过100吨的运输类飞机,同时包括150座以上的干线客机,这是国际民航的通用机型。能否自主制造大飞机,决定了各国在民航领域的综合实力,也是国家工业实力的直接体现,如美国的“波音707”、苏联的“图104”及法国的“空中客车A300”,这些都是当时(20世纪70年代)工业强国大型客机的代表型号。

20世纪70年代以前,中国能够生产部分战斗机和运输机,但大飞机还未敢想过。

1970年8月27日,代号“708工程”的“运-10”飞机项目正式立项,军队、中央各部委机构以及全国21个省(区、市)的262个单位被抽调参与研发。

中国航空设计者们在既无经验也无图纸的情况下,通过摸索其他国家客机的结构,用了整整5年的时间,终于完成了“运-10”的全部设计图纸,随后便开始边制造、边试验。

1980年9月26日,首架“运-10”在上海完成飞行试验,且先后在多座城市开展科研试飞,甚至还曾7次飞越喜马拉雅山,为西藏运送急需物资。

不过,“运-10”在试飞时,被发现存在不同程度的问题。

然而,当时孱弱的工业配套设施,使得早产的“运-10”根基不稳,虽经多次试飞,但仍没能解决配套发动机研制周期的问题,再加上翼型、气动研制、参数设置、材料技术上的问题在短时间内难以克服,“运-10”项目不堪重负,最终搁浅。

1985年,整个“运-10”项目被砍。

花费了无数人力物力,历时15年,总投资达5亿元的“运-10”项目自此沉寂于时光之中。

虽然“运-10”以失败告终,但中国人并没有放弃制造大飞机这一梦想。

2008年,中国商飞公司在上海成立,制造中国自己的大飞机这个尘封多年的梦再次起航。

这一次,它的名字是“C919”。“C”代表中国,“9”在汉语中寓意长久,“19”代表的是我国首型大型客机最大载客量为190座。C919之后的型号也可能命名为C929,其中“29”代表这一机型的最大载客量为290座。

从一开始, C919对标的就是“空中客车A320”和“波音737”这样的大型客机。

从C919的进度表中,我们能感受到一股时不我待的迫切感:

2008年5月,中国商飞公司成立;2008年11月,C919项目启动;2009年,亚洲国际航展,C919样机模型出炉; 2010年,珠海航展,C919样机首次亮相; 2015年,C919完成总装,随后进行飞行试验;2017年,C919首飞成功;2022年,C919成功完成100小时的验证飞行;2023年,C919圆满完成首次商业航班飞行。

C919的制造涉及材料科学、冶金科学、工程力学、空气动力学、热动力学等前沿学科,即便一个不起眼的紧固件,也是现代高端制造业的集成。

因此,整个C919项目动员了全国22个省(区、市)、200多家企业、36所高校、数十万名产业人员参与研制。

这期,我们便来看看C919背后的部分高校力量。

“运-10”前《永不放弃》的雕塑

上海交通大学

他们共参与国防航空航天科研项目20余项,发表论文专利20余项,参加C919相关科研项目经费累计超过一千万元,助力上海交通大学成為国内承担大飞机结构适航项目的唯一高校。他们因此获评“上海交通大学学生年度人物”。

他们,就是C919项目学生团队。

3秒钟,是学生团队400多个日夜坚守的结果

结构强度是飞机安全运行的根基,也是适航取证关注的重点。上海交通大学航空航天学院结构强度团队接受来自上海飞机设计研究院、中国商飞复合材料中心的多项重要科研任务,与中国商飞公司(以下简称“商飞”)通力合作。

“C919飞机方向舵后缘连接强度试验”是C919飞机复材结构验证试验中的第一个组件级试验,为此,学生团队与老师、商飞工作人员通力合作,反复讨论。为了试验中的一个小细节,学生团队来往于商飞和上海交通大学之间几十次,且多次前往中国商飞北京民用飞机技术研究中心参与会议讨论。2020年7月,学生团队正式完成该试验。这是第一个在高校进行的C919组件级强度适航验证试验,标志着上海交通大学成功承接大飞机组件级的适航试验工作,成为国内承担大飞机结构适航项目的唯一高校。

在进行翼梢小翼全尺寸修理验证项目时,飞机上成百上千个测试点白色胶带的粘贴及载荷加载设备的连接都需要“强度人”手工操作完成,飞机上密密麻麻却错落有致的数据采集线凝结了学生团队多日的心血。

随着“测试,加载”指令的发出,载荷逐级加至20%、30%……100%,一旁的红色数据不断攀升,翼梢小翼随着载荷的增大高高翘起,大屏幕上的数据曲线也同时在跃动。“加载至100%,保载3秒!”最终,单侧翼梢小翼所承受的载荷超过3吨,而经过修理的翼梢小翼仍完好无损:试验取得成功。

从设计试验到仿真验证再到预试加载最终到试验成功,这短短的3秒钟,却是学生团队400多个日夜坚守的结果。

上海交通大学名片

上海交通大学创建于1896年,原名南洋公学;1911年更名为南洋大学堂;1929年更名为国立交通大学;1949年更名为交通大学;1957年经历西迁与分设,分为交通大学上海部分和西安部分;1959年,交通大学上海部分启用“上海交通大学”校名;1999年,上海农学院并入;2005年,与上海第二医科大学合并。

上海交通大學先后入选“211工程”“985工程”“世界一流大学建设高校(A类)”,是教育部直属并与上海市共建的全国重点大学。在第四轮学科评估中,上海交通大学有25个学科进入A档,其中有5个A+学科:船舶与海洋工程、机械工程、临床医学、生物学、工商管理。

天地交而万物通

“天地交而万物通也,上下交而其志同也。”天地之交是最大的“交”,是万物大“通”之时,这也正是上海交通大学(以下简称“上海交大”)之名所蕴含的人文精神和办学理念。

因图强而生。1895年,甲午战败,中华民族遭遇“数千年未有之大变局”。中国近代著名实业家、教育家盛宣怀先生秉持“自强首在储才,储才必先兴学”之宏愿,历经波折,于1896年创办了南洋公学,在中国近代高等教育史上留下了浓墨重彩的一笔。

从建校开始,上海交大的学子便将自身发展与国家前途、民族命运紧紧联系在一起。他们开拓进取,努力攀登,躬行“实业救国”之理想,让上海交大逐步成了以工程教育为主,理、工、文、管相结合的著名学府。

二十世纪六七十年代,上海交大作为国防工程领军院校,积极投身国防人才培养和国防科研,为“两弹一星”和国防现代化做出了巨大贡献。另外,上海交大还创造了中国近现代发展史上的诸多“第一”:中国最早的中文打字机,新中国第一艘万吨轮、第一艘核潜艇、第一枚运载火箭、第一颗人造卫星、第一例心脏二尖瓣分离手术、第一个大学翻译出版机构……

因改革而兴。改革开放后,上海交大率先探索开放办学。1978年,中美建交尚在酝酿,上海交大即首派教授代表团访美,开启了“中美高等教育界的破冰之旅”;上海交大率先开建新校区,为学校未来发展打下了坚实的基础;上海交大率先实施国际化战略,先后与200余所国际著名大学建立了合作交流关系,建立的中欧国际工商学院、巴黎高科学院等已经成为名动海内外的国际合作办学的典范。

因人才而盛。学校遵循“起点高、基础厚、要求严、重实践、求创新”的人才培养规范,发扬“四个一等,即第一等学问、第一等事业、第一等人才、第一等品行”的人才培养传统,培养出了江泽民、汪道涵、陆定一等一批治国英才;钱学森、张光斗、吴文俊、王振义等一批学界泰斗和科学巨擘;李叔同、黄炎培、卢燕、姚明、徐莉佳等一批社会名流;“电脑大王”王安、“船王”赵锡成、携程创始人沈南鹏等一批商界领袖。学校总计为国家和社会培养了逾40万名各类优秀人才,他们在我国各行各业都创造了数不胜数的辉煌与荣光。

近些年来,上海交大的办学指标,包括两院院士、学科评估、科研经费、收录论文等项目,都在快速向世界一流水准靠近,堪称国内“20年来发展最快的高校”。

大连理工大学

复合材料用量是衡量民用客机先进性的重要标志,但国产大飞机C919在复合材料应用上面临着国内基础能力薄弱和适航认证无经验等一系列巨大困难。为此,大连理工大学白瑞祥团队对大型复合材料结构进行了艰辛的探索并取得了历史性成果。

“只能成功”的试验

在解决C919尾翼、中央翼复合材料壁板承载强度和安全性能等关键问题方面,虽然白瑞祥团队基于前期复合材料结构数据库的校正,给出了几种标准模块化程序,但从制作工艺和加工质量的角度来说,数值模拟还不能代替实际试验,因为实际材料制备中存在各种工艺缺陷,这些会干扰试验预期结果,为此,必须重视试验研究。

为保证从复合材料壁板各环节处获得翔实、完备、有效的实验数据,及时处理不可测原因导致的意外情况,白瑞祥团队采取在飞机壁板上对危险考验部位贴大量应变片的数据采集方法。而为了不忽略每一个可靠数据的采集,一块大型壁板就需要采集300—400个通道数据。针对C919大飞机,白瑞祥团队一共测试了60多块壁板,即贴了1.8万—2.4万个应变片。更不容易的是,将应变片焊接在壁板上需要打磨、清洁、焊端子、引出引线连接到测试仪器上,这些需要花费不少精力与时间。另外,应变片如指甲盖般大小,非常脆弱,一不小心就会被损坏。因此,为防止运输前后应变片遭到破坏,每个应变片还要做保护措施且运输前后都要进行测试。就这样,白瑞祥带领团队奔赴大飞机各加工基地,在生产线上努力贴片,在加工车间中挥汗如雨。

每一个试验都不是一蹴而就的,因此开始时需要用替代品,经过多次试验、论证、评审后,在确保万无一失的情况下才能做真正的试验。“只能成功。”白瑞祥说,因为无论是从时间上还是从成本上,都不允许失败。为此,他们在试前检查、加载装置、操作规程上都必须做到严格、精准,不允许有丝毫差池。

白瑞祥团队就是凭借如此精细、艰辛的工作,圆满地完成了所承担的C919科研工作。

大连理工大学名片

学校诞生于新中国成立前夕,那时的大连理工大学叫作大连大学工学院,由党创办,与国同行,老院长屈伯川怀揣科教兴国的理想,招贤纳士,艰苦创业,勇开风气之先。1950年,根据形势的需要,大连大学取消,大连工学院成立。此后学校仅用11年时间便跻身教育部直属全国重点大学,成为新中国“四大工学院”之一,奠定一流学府基业。1988年,学校更名为大连理工大学,改革开放后,学校抓住“211工程”“985工程”战略机遇,实现建设国际知名高水平研究型大学的历史跨越。进入新时代,大连理工大学(以下简称“大工”)践行“四个服务”,投身民族复兴伟业,勇担科教兴国大任,跻身世界一流大学A类建设高校序列。

攀登科学的高峰

中国第一台激光器、第一颗返回式卫星、第一台4.5兆伏静电加速器、第一台激波管、第一台微波气象雷达、第一根无缝钢管、第一艘核潜艇、第一枚液体燃料探空火箭、第一座现代化油港、第一座现代化渔港、第一座现代化军港、第一台硬脆材料复杂曲面零件精密制造技术与装备、第一座万吨级海水淡化装置等的研发设计中都凝聚着大工人的智慧,都有大工人的付出。

以创新之动力,襄助复兴之伟业。由大工培养的王辉辉博士担任第一完成人的“率先阐明多物理量条件下误差场锁模定标的物理规律”研究入选2021年中国科学院重大科技基础设施“面向世界科技前沿类”重大成果;由大工机械工程学院高性能精密成形研究所提出的“铝合金超低温变形双增效应的物理机制是什么?”成功入选十大对科学发展具有导向作用的前沿科学问题;由大工运载工程与力学学部邹丽教授牵头完成的“我国首套深海矿产混输智能装备系统‘长远号海试成功”项目入选“2021年中国十大海洋科技进展”……

历史上,新中国多项科技第一见证了大工人科教兴国的荣光;新时代,“大国工程”“国之重器”中的大工贡献亦彰显了大工人强国复兴的新担当。我国首枚大型运载火箭“胖五”、“超级工程”港珠澳大桥、创造下潜深度世界纪录的“蛟龙号”、国产航母、C919大飞机……一项又一项“国之重器”上都闪烁着大工智慧。

在攀登科学研究高峰的路上,大工70多年来始终与国家和民族同呼吸共命运,广大师生、校友以国家强盛、民族复兴为己任,秉持着追求真理、永攀高峰的科学精神,在所从事的领域孜孜以求。

中南大学

2005年,黄伯云凭借高性能碳/碳复合航空制动材料制备技术,获得了国家技术发明奖一等奖。在此前的6年时间里,这个奖项一直处于空置状态,直到黄伯云的出现,才为国家技术的发展翻开了崭新的一页。

艰难困苦,玉汝以成

20世纪80年代,对飞机而言重中之重的配件——刹车片,我国一直处于西方发达国家的技术垄断之中。

1988年,黄伯云携全家回到中南工业大学(中南大学的前身)。面对国内的缺口与需求,回国后的黄伯云一头扎进刹车片材料——高性能碳/碳复合材料项目的研究当中。

高性能碳/碳复合材料耐高温、质量轻,能让飞机刹车片的质量从2.8吨减小到0.8吨。对航空领域而言,无论是作为导弹推进器材料,还是作为高超声速的飞行器装置材料,其重要性都不言而喻。然而,当时国内研究的困难显而易见:技术封锁、人才稀缺、科研经费缺乏等。这些困难与国家对新材料的迫切需求,使黃伯云肩上的担子愈发沉重。

“那时候压力的确是巨大的,经费用完了,小阶段目标却还没有达成,我们的团队成员寝食难安,甚至睡觉都借助安眠药。” 黄伯云感慨,即使过去了那么多年,那段艰辛岁月仍历历在目。

好在功夫不负有心人,经过近20年的不懈努力,黄伯云主持研究的高性能碳/碳复合航空制动材料制备技术打破了欧美在此技术上的封锁。黄伯云也凭借此项技术,获得了国家的嘉奖。

2017年5月,国产大飞机C919首飞成功,实现了几代中国人的大飞机梦,作为C919飞机刹车系统的研发者,黄伯云骄傲地将具有自主制备技术知识产权的高性能碳/碳复合航空制动材料运用在刹车片上。

中南大学名片

2000年,中南大学由3所大学合并组建而成:其一为湖南医科大学,其前身湘雅医学专门学校,素有“南湘雅、北协和”之盛誉,名重海内外医学教育界;其二是中南工业大学,它的矿科享誉中外,有“中国矿冶黄埔”之称;其三是长沙铁道学院,它也是大名鼎鼎,享有中国土木工程“三驾马车”之一的美称。

目前,中南大学的数学、材料科学与工程、冶金工程、矿业工程、交通运输工程5个学科入选国家“双一流”建设学科;材料科学、工程学、临床医学、计算机科学、化学、药理学与毒理学、生物学与生物化学、神经科学与行为学、数学、分子生物学与遗传学、社会科学总论、免疫学、精神病学与心理学、地球科学、环境科学与生态学、农业科学、物理学、微生物学、经济学与商学等19个学科进入基本科学指标全球前百分之一,其中材料科学、工程学、临床医学、计算机科学、化学、药理学与毒理学居基本科学指标全球前千分之一。

所谓大学者

执教之师。中南大学作为湖南省著名的高等学府之一,人才济济、卧虎藏龙,曾在此执教的老师大有来头:中国粉末冶金学科奠基人黄培云、“地洼学说之父”陈国达、著名数学家侯振挺、中国有色冶金教育开拓者陈新民……这些雄厚的师资力量,使得中南大学百余年来培养造就了一大批享誉中外的人才。

西医妙手。中南大学的湘雅医学院,是中国第一所中外合办的医学院,享有“南湘雅、北协和”之盛誉。全国仅有五次的医学院校联考,湘雅医学院史无前例地夺得了五连冠。而让湘雅医学院享誉盛名的,是湘雅人。湘雅人写就了半部中国西医史,有“中国第一代医学病毒学家”汤飞凡,“中国消化病学的奠基人”张孝骞,“儿科医学界的一代宗师”高镜朗,中国医学微生物学、免疫学开拓者之一的谢少文,世界著名的细菌学家、病毒学家李振翩……

除此之外,中南大学还培养出了许多大家耳熟能详的名人,如比亚迪股份有限公司董事长王传福、三一集团有限公司原董事长梁稳根等。

在这些大师的努力下,我们看到了中南大学在金属材料、矿物加工、概率论等领域所拥有的成就。

金氏理论:金展鹏院士发明的“三元扩散偶——电子探针微区成分法”,即金氏相图测定法及其相图理论。金展鹏院士也因此被国际上的业界同行誉为“中国金”。

黄氏粉末压制理论:由黄培云院士创立的粉末压制理论和烧结理论,在国际上处于领先地位。

地洼学说:由陈国达院士开创,该学说的创立被列为20世纪世界自然科学史上的大事之一。

侯氏定理:由中国数学界顶尖科学家侯振挺开创的“齐次可列马尔夫过程”被国际数学界称为“侯氏定理”,与陈景润的“哥德巴赫猜想”并称中国第一。

在大师精神的引导浸润下,中南大学的学子也沉心学习,为祖国的发展、民族的复兴贡献着属于自己的力量!

中国民航大学

在C919大型客机研制和取证的关键时期,受商飞专函邀请,中国民航大学安全科学与工程学院研究员王鹏及其团队参与C919大型客机项目飞管系统机载软硬件开发与验证、飞控系统安全性分析等工作,为C919适航取证计划的实施提供了重要的技术支持。

中航大人一直都在

安全一直是民航业发展的核心,安全性和稳定性更是拥有自主知识产权的国产大飞机最基本的要求和标准。一直以来,中国民航大学在适航审定方面为中国大型客机的自主设计制造做出了杰出贡献,也为C919大飞机的各技术体系提供了重要的技术支持。

2007年国防科工委和民航总局共同成立的“适航联合推进委员会”挂靠中国民航大学,2008年中国民航大学适航审定中心专家参加在上海开展的大型客机联合论证工作讨论会……中国民航大学积极参与相关航空工作。

2010年,中国民航大学安全科学与工程学院研究员王鹏受民航局委派开始担任C919型号合格审定委员会委员,受商飞邀请担任C919飞机安全性评估委员会委员等技术职位。除此之外,肖女娥等教师参与C919安全性设计手册编制等工作,谢文光、金志威、范毓洋等教师参与C919显控与交换机系统的电子硬件验证等工作,马振洋等教师参与E3相关技术支持等工作,这些工作在C919大型客机研制和取证的关键时期提供了重要的技术支持。可以说,国产大飞机C919取证的路上,中航大人一直都在。

什么是适航取证

首飞成功后,C919将转入适航取证阶段。适航取证是确保飞机满足按公众要求制定的可接受的最低安全標准(适航标准)的管理和技术实现过程:飞机必须按照适航要求进行设计;必须有合适的体系保证飞机的设计满足适航要求;申请方必须用计算、分析、检查、试验等方式向局方表明其大型客机符合适航要求。只有经过适航审定和验证并取得适航合格证的产品才能进入市场。

中国民航大学名片

中国民航大学的前身是1951年成立的中国人民革命军事委员会民用航空局第二民航学校,1958年更名为中国民用航空局高级航空学校,1963年重组为中国民用航空机械专科学校,1977年更名为中国民用航空专科学校,1981年更名为中国民用航空学院,2006年更名为中国民航大学。

如今,中国民航大学是中国民用航空局直属的一所以培养民航高级工程技术和管理人才为主的高等学府,是中国民用航空局、天津市人民政府、教育部共建高校,也是天津市“双一流”建设高校和高水平特色大学建设高校。

“培养中国民航人才的摇篮”

中国民航大学牢记“建民航、兴民航、强民航”初心,不忘育人育才育德的使命。

中国民航大学科研平台建设加快推进,获批民航局“四型”科研院所和“三大”基地,获批民航局重点实验室5个,获批天津市科研团队3个,获批省部级智库6个。此外,学校还助力了天津市滨海新区成功获批全国首批民用无人驾驶航空试验区,学校自主研发的机场除冰系统和全自助行李托运系统也被运用于北京大兴国际机场。这些都足以彰显学校在科研方面的实力。

中国民航大学还积极构筑国家战略科技力量。通过改革科技管理体制和运行机制,做大做强科技创新研究院,建成民航安全国家重点实验室和航空器安全性与适航国家技术创新中心,中国民航大学培育出了若干活跃在国家战略必争领域、能够解决重大问题的一流团队,造就了一大批国家级领军人才……此外,学校还加强与航空制造业的产学研合作,建设国家级大学科技园,突破行业发展的核心技术。在民航重点领域,中国民航大学也早已形成技术标准,掌握相当大的话语权。

经过70余年的开拓进取,中国民航大学现已成为中国民航专业技术人才培养和科技创新的最高学府、主基地和主力军,被誉为“培养中国民航人才的摇篮”!

除了以上高校,在C919大型客机研发中贡献了重要力量的还有以下这些高校。

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