大型飛機的研製是國家綜合實力和航空業實力的體現。中國在飛機總體設計、計算流體動力學(CFD)應用、航空發動機、新材料應用、飛機制造和裝配等方面取得了長足的進步，本文主要介紹了大飛機研製過程中相關技術的突破。
大飛機的定義
大型飛機在國際航空業上定義為最大起飛重量超過100噸的運輸機。在國際上，習慣上將300左右座位的客機稱為“大型客機”，這主要取決於各國航空業的技術水平。中國目前的大型飛機主要包括大型運輸機運20，水陸兩棲飛機AG600和大型商用飛機C919。
C919是COMAC C919的簡稱，屬於短程、雙發、單通道民航運輸機。在中國航空史上，它自然是第一架民航大飛機，但在世界客機的歷史上，尤其是在巨型AIRBUS A380出現之後，多把載客量300人左右的雙通道飛機稱為“大型客機”。
大飛機的研發技術難點
大飛機的研製是一項龐大而複雜的系統工程，需要很多部門及科研院校的緊密配合，有要舉全國之力來推動完成。這其中涉及諸多高端科研領域，比如空氣動力學、氣動外形設計、機身材料、航空電子設備、自動飛行、動力裝置和裝配製造領域等。因此，大型飛機的開發製造是一項極其複雜的多學科系統工程。
圖1 C919關鍵技術解析
資料來源：中國商飛公司
氣動外形技術。飛機氣動外形設計在飛機總體設計中起著非常重要的作用，可為性能計算、結構載荷計算和飛行控制設計提供重要的依據。它還在確保飛行速度、航程、載重量、安全性、經濟性和舒適性方面發揮著不可替代的作用。C919氣動外形涉及機頭、機翼、尾翼和發動機等方面的設計，以期最大限度地減少空氣阻力並降低油耗。在機翼方面，C919飛機採用新一代超臨界機翼空氣動力學設計技術，以實現比同類飛機更好的巡航氣動效率。
計算流體力學(CFD)技術。CFD技術已廣泛用於飛機設計，大大縮短了飛機開發週期。在20世紀90年代美國的飛機設計20項關鍵技術中，CFD技術排名第八，這是最重要的技術領域，且對中國禁售。在今天的美國航空航天工業中，CFD約佔空氣動力學設計工作量的70%，而風洞測試僅佔30%。隨著CFD技術的進一步發展，未來飛機性能的確定將取決於在“虛擬數值風洞”數據的基礎上產生的“虛擬飛行”。
新材料的應用。航天材料性能對飛機性能的影響非常重要，可以毫不誇張地說，材料的更新決定了飛機的換代。目前，大型客機的機身材料主要包括鋁合金，鈦合金和樹脂基複合材料，而今後飛機機身材料的應用重點是高性能的樹脂基複合材料。雖然複合材料比鋁合金更貴，但它可以將飛機的重量減輕10%至30%，節省的燃油經濟效益遠可以抵消其高成本的影響。C919採用了大量先進的複合材料和先進的第三代鋁鋰合金材料，其中複合材料的使用率將達到20%。這使得飛機在確保設計強度的同時大大減輕了結構重量。世界先進的第三代鋁鋰合金還是首次應用在國內民航飛機上，鋁鋰合金的比例甚至高於空中客車A380。此外，佔飛機總結構重量20%～30%的鋁合金，鈦合金和鋼材全部來自國產供應商，這充分體現了C919大型客機驅動國內基礎產業的能力。與此同時，由於大量使用複合材料，C919的機艙噪音預計將降至60分貝以下，而國外同類機型的機艙噪音為80分貝。
製造與裝配。C919大型客機國產化製造的最大特點是引入了五條具有世界級水平的自動化裝配線，同時深化了並行工程，數字化製造和管理的應用。它集成了數字鑽孔和自動化設備，如自動鑽孔和鉚接、自動對接、數字測量、自動傳輸和自動系統測試，這是中國大型飛機裝配技術的重大突破。外界戲稱我們的國產C919為造殼，然而成為第三個能完整製造大飛機的國家，造殼也是有核心技術的，裝配產業鏈的成熟發展也是一個國家綜合實力的體現。
圖2 C919殼體制造分解
資料來源：中國商飛公司
大飛機未來的發展前景
C919是一架擁有自主知識產權的大型國產飛機，也是第一架國產商業飛機。C919大飛機成功首飛的意義不僅僅在於項目本身，更重要的是它為中國國產飛機研製積累了極其重要的技術，促使中國形成自己的民航飛機制造產業體系，推動整個飛機制造產業鏈的同步發展。
圖3 大型飛機制造上下游產業鏈
資料來源：中國商飛公司
C919客機不僅僅用於滿足中國市場，它要對標的是最新的737MAX與320NEO等國際窄體客機。而截至到2018年10月，波音(Boeing)已經交付了10314架737客機，空中客車(Airbus)總共交付了8512架320飛機。與他們相比，還處於襁褓中的C919要面臨巨大的商業競爭壓力。C919的首飛仍然是劃時代意義的，它打破了西方巨頭的壟斷局面，但未來要形成“ ABC”的競爭格局，還需要中國製造的整體水平和能級的提升。
結語
C919的成功研發及試飛是中國航空業的巨大進步，後續的中俄合作機型C929能更加成熟及更全面的國產化。相信堅持技術創新和制度創新，努力完成大型飛機的航空電子，發動機和飛行控制等關鍵技術的研發，我們將能夠建立一個可持續和有競爭力的航空產業。