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深度:飞机从设计研发到制造的流程!

摘要: 飞机从设计研发到投入运营是一件很不容易的事情。生产之初,要进行详细调研,光是了解市场需求就可能花费数年时间。立项之后,便是将飞机各种性能和要求细化。经过一系列的测试之后,还要进行漫长的试飞取证。本文讲 ...

飞机从设计研发到投入运营是一件很不容易的事情。生产之初,要进行详细调研,光是了解市场需求就可能花费数年时间。立项之后,便是将飞机各种性能和要求细化。经过一系列的测试之后,还要进行漫长的试飞取证。本文讲述的便是:一款机型是如何制造出来了?为什么要这样造?要经历哪些阶段?相信看完,你就会明白一架客机的制作流程究竟是怎样的了!

作为开篇,我想先讲述一款机型是如何制造出来了,为什么要这样造,要经历哪些阶段。所以第一篇就是 《明白客机的制造流程》。

概念性设计

飞机的概念性设计其实就是调研,当飞机制造公司有想法制造一款新客机时,都会先进行这一步。问问航空公司的需求,问问供应商的技术能否支持,同时也会将自己的一些构想推销给航空公司,看看大家的反映。这个阶段大家都可以天马行空,也可以自以为是。但是随着项目深入,大家会很仔细地研究未来需求,然后分析可行性,把飞机的大概轮廓确定下来,比如说是一架多少座级的飞机,要飞多远,用多少个引擎等。这个阶段的费用都由飞机制造商自己承担,和昂贵的开发费用比起来这个阶段的费用是九牛一毛。

但是调研阶段却非常考眼光,选错了市场,这个飞机日后的日子就不好过了。就如空客当时想着超大型飞机市场至少有500架,但是显然除了中东油霸,能支撑A380的航线太少了。调研时间可以持续几年时间,毕竟这个是为未来准备的。

当然飞机制造商那些自以为是的方案都不少,以为航空公司会喜欢结果被批得掉渣,波音就有两个现成的。

在空客开发了A340系列后,麦道又搞MD11,波音本想搞767X,也就是日后的777项目,但是大家是否想过最早的777就是一款3发加长版767航空公司肯定不买帐。

三发版777模型

波音又觉得航空公司肯定喜欢飞得快的飞机,于是又推销音速巡航者,但是航空公司关心的是省油而不是快那么1、2小时到达目的地。这个项目当然也没有立项,不过一些成果对日后的787还是有帮助的。

音速巡航者模型,该机被设想能以0.98马赫的速度巡航

每次看到航空迷说以后应该有多快的客机出来,应该可以实现。是的,也许以后技术不存在问题,但是市场不会接受,协和、2707、音速巡航者已经很好反映这个事实。毕竟主流出行人群还是在意价格的。

A380原来也有2个A340机身拼在一起的构型,发起人正是A340的总师。但是这个方案缺陷多多,当然不可能被通过。这个阶段就是要多想各种机身截面设想,考虑各种情况。事实上军机也是如此,有些ATF方案不是也有鸭翼吗?

A380的各种机身截面设想,最后还是选择了传统的圆形截面

A380在概念阶段的设计构想,这时的构型可能多达数十种

所以商飞说调研C929,这个离立项还远,做做调研不是坏事,反正也花不了几个钱,国家更不可能在调研阶段就给钱,大家不要看到一个调研新闻就把C929等同于立项了。

C929想象图

项目启动 JDP阶段

当和航空公司聊完,知道他们的需求,并且判断这个机型有市场前景,那么就会开始立项,对外宣传项目开始,并且公布该机型的定义。例如这是架300座,双引擎客机,油耗可以达到多少等最基本的数据。而且会公布有哪些启动用户。

通常这个阶段都会有启动用户,这就是为什么要调研的原因。如747,泛美说你能做出来我就要,波音说你敢要我就敢做,这样泛美就是747的启动用户。启动用户(严格来说应该是第一批下订单的航空公司)有什么好处,当然有。抢个头彩,可以宣传自己领先业界,并且可以用低于正常的价格买到飞机。当然也存在风险的,万一这飞机没有宣传的好或者延期,那么航空公司就要承担损失。当然可以叫飞机制造商去赔,如国航买了15架77W(777-300ER),因为787延期,波音多赔了4架77W。商业世界是很现实的~

立项时能对外公布的参数都是很初步的,只有大体的轮廓。因为这时飞机制造商还需要和供应商甚至航空公司一起完成好初步设计/联合定义阶段(JDP)。

JDP是一项非常重要的工作,将细化飞机的性能和要求,比如说引擎要达到多少推力,机身宽度需要设置一排9座还是一排10座,甚至对滑行道宽度、飞机转弯半径等都会进行设计定义。把这个工作明确了,各系统零件供应商就能知道要提供什么样的产品来满足这架飞机,是现有的还是需要额外开发(通常引擎都需要新开发)。

JDP通常需要半年到一年时间来完成,在完成这个阶段后,飞机制造公司就会公布一些信息,提供飞机一些比较详细的数据,如是否采用复合材料机身、机身具体长度宽度、航程载荷等。并且会公布时间表,什么时候首飞什么时候交付。因为在JDP阶段,这些都是进行过评估的,当然也只是评估,会存在变数。有心人可以列一下1950年后哪些客机延迟了,看看有没有超过半数。

这时飞机的具体设计要素会被冻结,不会发生根本性变化。

到了JDP阶段完成后,主设计就会冻结,只会进行一些细微的调整,这个就是A380研制时从Status 3调整到Status10,才是我们现在看到的A380

题外话1:ARJ21这个项目从JDP阶段就陷入困境,内部斗争使得JDP阶段用了近3年时间,都还没确定到底用什么布局,这个我将在大飞机科普2-ARJ项目15年里面详细分析。

题外话2:很多人说商飞不争气,没看到C919比ARJ21有什么进步,这个是明显错误的。当商飞成立,各自工作职责明确后,C919的JDP时间只用了一年就完成,和其他机型的时间相同。比起ARJ混乱的三年明显走得顺。

工程发展

接下来就进入另外一个阶段——工程发展阶段,也是将飞机从图纸变成实物的重要阶段。这个阶段分三步走:

1、详细设计

2、全面试制

3、试飞取证

详细设计

这个阶段需要设计出飞机的所有部件,包括工艺生产流程都需要设计,各部门的分头行事。但是这个阶段最容易出问题,而且这个阶段就已经可以估算出飞机是否超重,超重多少。如A350在这个阶段就宣布超重了8吨,而且像空客这种跨国企业,因为法国和德国的设计软件版本不同都造成了大麻烦,使得项目延迟。

在这个阶段,飞机制造商会时不时发布最新进展,好的坏的都需要发布,如调整项目计划,甚至宣布推迟。这个不是事先打预防针,而是项目进入细致阶段,任何一个零件出问题都可能导致项目推迟,这个你无法预计。就像747无法预计引擎出问题,导致延期;787因为机翼和后机身出问题导致延迟;A380因为软件系统不兼容导致延迟;连三菱的MRJ都因为设计问题导致延迟。尤其是当民航这种存在大量外包和跨国合作的项目,管理是非常重要的一环,但是信息一定是要对外界说明的,有两个重要作用。

1、 你需要告诉那些已经下订单的客人,我的进度如何,能否按原来的要求走,也好让客户重新修正时间。

2、 告诉那些对这飞机有兴趣的潜在客户项目情况,遇到哪些困难,同时强调这飞机有那些优势是确保的,让他们尽快下订单。

题外话3:明星靠绯闻增加曝光率,飞机制造商为了多卖飞机,任何的节点和进展都会对外公布,用于宣传,787那800架订单可是首飞前就有了。大家看习惯了军用飞机“不吹牛”,但是你又不是军机目标客户,人家只会向军方“吹牛”。看看全球大卖的F-35,洛马还不是像卖客机一样定时公布F-35的最新进度和细节,图什么?就是告诉小伙伴这飞机一切安好,快点按原计划买。

全面试制

设计完成后的部件就开始制造,或者将设计图交给供应商,由供应商来制造(如787的机翼)。这个阶段也是容易出现拖延,任何一个供应商交付拖延都会导致整个项目拖延。如果JDP阶段的工作没做好,恶果就会在这个阶段体现。单一部件的反复修改,多系统的组合测试是这个阶段最主要工作。波音空客经验丰富,对于一些风险小的项目(比如747-8),可以直接将制造好的零件组装成原型机。但是对于一些高风险项目,还是需要造额外的测试段,用于验证之前的设计是否符合要求。

比如787这款塑料飞机,波音就造了机身测试段和机翼测试段,用于验证生产工艺和强度测试,这是在之前777项目中没有的步骤。


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本文作者
2019-7-1 11:21
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