西飛C919大型客機研製紀實:鳳鳴九天 煌耀西飛

西飛C919大型客機研製紀實:鳳鳴九天 煌耀西飛

2013年11月20日,航空工業西飛研製的首架C919機翼翼盒總裝下架。

5月5日下午,C919大型客機首飛圓滿成功。中國製造的大飛機帶著幾代國人的重託與矚望,追趕著世界先進航空業的步伐,其重大的里程碑意義不言而喻。作為C919最大的機體結構部件製造商,航空工業西飛攻堅克難,針對先進氣動佈局、結構、材料等方面先後攻克了32項關鍵技術。這是繼國產大型運輸機笑傲寰宇之後,西飛在國產大飛機項目研製中再度斬獲的豐碩成果。

攻克32道技術“攔路虎”

由於C919飛機設計對標國際先進適航要求,採用數字化設計、製造,突出了壽命長(6萬飛行小時)、可靠性高,結構件整體化、輕量化設計及大比例選用先進金屬材料和複合材料等結構優化特點,大大增加了研製風險和難度。公司通過對大型超臨界機翼壁板結構分析,先後開展了大型複雜曲面機翼壁闆闆坯優化計算、建模技術研究等課題,突破了外翼超臨界機翼壁板數控噴丸成形技術。

C919飛機的研製,使公司對先進新航材的綜合運用、加工技術能力得到提升和鍛鍊。通過機體大型整體結構件壁板、框、樑、緣條、接頭等零件的低應力切削技術研究,掌握了大型金屬零件精密、高效、低成本加工技術;鋁鋰合金等新材料在機加、成形、熱表處理和裝配連接方面技術;掌握了複合材料殷鋼工裝設計、製造及產品的精確固化技術和無損檢測技術。

C919飛機的研製,使公司引進、建立柔性裝配系統,裝配生產線從自動化向智能化製造躍進了一步。公司基於數字量協調技術,藉助其他型號數字化設計、製造經驗,引進先進的機翼、中機身等先進裝配生產線,在大部件裝配領域建立了柔性裝配系統,自動化鑽孔與鉚接、數字化測量與控制、模塊化裝夾與定位,系列化裝配與集成,虛擬化裝配與仿真,掌握了三維工藝設計與裝配工藝仿真技術,數字化定位、自動制孔、自動鑽鉚技術,數字化檢驗測量技術,多系統集成控制技術等,從自動化向智能化製造方面邁進了一步。

C919飛機的研製,使公司在大部件異地協同製造,集成創新方面又進行了一次有益嘗試。結構部段的設計在上海,試製在閻良,雙方基於MBD模型定義實現了產品設計與製造高度並行、廣域協同;以數字樣機為製造依據,採用數字化信息傳遞方式進行工藝設計、工藝過程仿真數字分析和模擬等,公司建立大型客機設計/製造的並行工程信息平臺,實現設計/製造過程的數據共享與集成,建立大型客機數字化工藝體系,建立全面集成的大型客機信息化管理體系。在不斷的磨合、嘗試、完善中,實現了大客飛機數字化設計質量和製造質量高度統一,數字化信息管理系統與質量標準體系、適航條例的接軌,實現了異地協同製造創新,集成創新。

堅守技術質量節點和成本

C919民用大客機突出五新:國際最新適航標準、新工藝技術、新管理模式、新材料應用、異地協同集成創新平臺。這“五新”致使研製過程艱難倍增,協調關係之複雜可謂百折千回。

2006年,C919項目被列入國家中長期科學和技術發展規劃綱要確定的重大科技專項,公司參與到技術論證,充分準備相關投標、研製工作。

2009年5月,公司通過競標躋身中國商飛C919飛機機體結構國內供應商之列。獲得中機身(含中央翼)、外翼翼盒及其活動面(副翼、後緣襟翼、前緣縫翼和擾流板)6個工作包。其中,機翼由7000多項零組件和14.5萬件標準件構成。C919飛機採用新一代超臨界機翼等先進氣動力設計技術,比現役同類飛機具有更好的巡航氣動效率和承載。機翼翼展35.8米、寬5.8米,外形和結構複雜,精度高,前、後緣及襟、副翼多采用複合材料結構;機翼有發動機吊掛、主起落架接頭及操縱系統交點達96個,機翼下是整體油箱,工程上要求協調、互換,且位置度要求極精確。

超臨界機翼整體結構件壁板、樑、長桁,作為C919飛機最關鍵的零件,採用數控噴丸成型、強化,外形精度要求為0.50mm,所選鋁合金高損傷容限材料,在國內飛機機翼壁板上是首次應用,成形難度極大。機翼壁板的裝配採用無頭鉚釘自動鑽鉚技術,翼盒裝配採用無餘量裝配、自動制孔、長壽命連接技術。

中機身/中央翼全長5.99米,寬3.96米,高度約為4.16米,零件8200多個,涉及工藝裝備3400多項,是全機結構載荷傳遞的中樞,同時又是整機裝配的基準。中央翼設計首次採用了國內最大的鈦合金緣條鍛件,中機身壁板首次使用了國際最先進的第三代鋁鋰合金材料,用量佔62%以上,達到國際先進水平。

外翼採用新一代超臨界機翼等先進氣動力設計技術,比現役同類飛機具有更好的巡航氣動效率和承載要求。

機翼製造對協調互換和精度提出了更高的要求,單純人工制孔不僅無法保證無缺陷裝配,且制約產品的連接壽命;採用大量鑽模,對工裝設計和定位造成更大的困難,不但成本高,也根本適應不了快捷高效裝配的需求。推行柔性化、單元化和集成化為標誌的數字化裝配,成為破解難題的良策。

項目團隊突破多項技術難題

西飛副總經理許春林總領全局,大客項目管理機構應時而動。C919項目首任執行經理安蓉,2009年11月任公司副總工程師,全面領航項目的組織、技術、質量、成本、經費、合同、計劃及項目研製的管理,直至首飛前履新。她全力推進項目的推進科技創新、智能製造、信息化建設以及關鍵製造技術攻關。安蓉帶領項目團隊首先規劃管理體系。針對C919客機供應商的運行管理模式,從項目管理、製造技術及工藝方案、生產組織、質量管理與適航等方面開展補充、完善和優化現有制度和業務流程,提出重點建設數字化裝配生產線,對大型結構件製造的能力進行適當補充的研保建設方案。她帶領團隊組織完成了C919項目異地協同並行工作平臺(西飛部分)的建設,完成了C919外翼、中機身、中央翼及襟副翼數字化裝配生產線建設方案的制定。該項目原總工藝師邱唏組織完成了裝配工藝方案、協調方案、關重零件製造方案、大型工裝設計方案的評審。總冶金師王浩軍負責C919材料標準、工藝規範協調,特種工藝鑑定及特種工藝科研攻關。作為大客項目首家開展工藝鑑定的單位,西飛不等不靠,積極準備各項軟件和硬件,率先完成全部特種工藝鑑定。副總質量師李東紅組織編制了C919項目研製質量計劃,在關鍵工裝控制上推行OTS工裝驗收管控方式。項目生產經理楊海波組織完成了開工條件評審,建立了故障快速處理授權機制,加快了問題處理進度,確保產品順利合格交付。

中機身是整機結構中最為複雜的一個大部件。涉及大量的新工藝、新技術、新材料,協調部位多,精度要求高,裝配關係複雜。為確保首架機中機身按期交付,將研製風險降到最低,安蓉帶領現場指揮部嚴密部署,充分發揮上海飛機設計研究院和上飛公司聯合團隊作用,自2013年5月起,組織基層單位和職能部門每週召開上崗會,集中協同作戰,確保配套。2014年8月,C919中機身總裝順利下架,標誌著該飛機研製生產取得了階段性進展。

C919飛機具有安全、舒適、環保的特點,綜合要求高。它的機體結構壽命長,結構輕。其壽命設計目標不低於90000飛行小時/60000飛行循環(飛行起落)/30日曆年,遠遠高於軍機並優於當前同類民用飛機的要求,對製造和材料技術提出了更高要求。在研製中,全面推行數字化設計製造、數字化管理,研製人員在研究如何顯著提升材料和工藝技術能力的同時,重點提升性能、耐久性、環境適應性、加工、維修及全壽命低成本等指標。該項目開展合金材料零件整體化設計和製造大攻關。提高了全機性能,減輕了結構重量,這在國內民機應用尚屬首次。助力公司實現三維數字化定義、三維數字化預裝配和設計製造一體化並行工程。實現大型客機設計/製造過程的數據共享與集成,全面實施大型客機設計/製造的並行工程信息平臺,為建立大型客機數字化工藝體系,邁上新臺階 。

為驗證C919飛機結構設計、材料選用、製造工藝,同時模擬適航審查程序,為型號適航積累經驗,中國商飛啟動了七大結構部段的研製工作,西飛承擔其中難度最大、工作量最大的複合材料中央翼、襟翼及運動機構兩大部段的研製任務。中央翼部段為複合材料結構,採用中模高強碳纖維/增韌環氧樹脂製造,是國內首次在主承力結構上使用,且結構複雜、製造難度大,無論是設計還是製造,在國內均具有里程碑意義。後緣襟翼及運動機構部段採取大後退量的後退式襟翼,其運動機構空間運動複雜、協調部位多、精度高、製造難度大。項目組賀麗平、張豔萍、工藝處馮新明等先後組織40餘名工藝技術人員多次前往上海與設計師一起討論中央翼盒、襟翼部段設計製造方案,參與聯合設計及對設計方案的工藝評審工作。

公司高度重視產品質量。項目組將樣段研製納入現有的適航管理體系,採用首件檢驗的形式對樣段研製進行了全尺寸檢查。開展多項試驗,優化流程,分析效果,驗證控制精度,最終提出了新工藝對材料、工裝等的標準需求,有效地指導了生產過程。

研製項目常見的更改、變化直接影響項目進展,有著豐富飛機裝配型架設計經驗的項目科研經理鍾李欣借鑑以往項目工裝質量控制經驗,採用了OTP(目標點)驗收後再利用OTS進行驗證完成關鍵工裝安裝,確保不因誤差積累造成使用超差的問題,21臺關鍵工裝的安裝均採用此方法,效果明顯。63項特種工藝項目全部順利通過中國商飛的批准。確保了產品一次提交合格率大於90%。

7年來,參研人員的每一份付出,都照亮著追夢的天空,推進航空強國的夢想加速實現。大型民機研製積累了豐厚的技術和管理經驗,磨礪出一批具有新思維、新技術和新管理的複合型員工,為未來發展儲備了豐厚的物資和人才。2014年以來,公司連續3年榮獲中國商飛年度優秀供應商獎。

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