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國產客機C919首飛:15%的機身采用了樹脂基碳纖維材料
2017-05-05  來源:中國聚合物網

  國產大型客機C919于5月5日下午14點在上海浦東國際機場首飛。這是中國首次按照國際標準研制、擁有自主知識產權的大型客機。標志著我國民用航空領域的一次重大跨越。

  從上世紀70年代國產“運十”客機停止研發以來,我國的民用航空業一直處于“買進口貨”的狀態。

  我國的民航旅客周轉已經從90年代初期的230.48億人公里,急速攀升到2015年的7270.7億人公里,翻了30倍,年復合增速達到15%,但這期間,我們所乘坐的飛機都是“進口貨”。

   C919從2008年開始研制,到如今實現首飛,它的每一個“成長過程”都備受矚目。


外形:小干線家族中的“大塊頭”

  C919為雙發渦扇中型機,畢竟是干線客機,長38.9米,連翼展35.8米,高12米,就算身高1米9的乘客走在機艙里也不會覺得不適,最大起飛重量為72噸,雖然沒有波音777那么大,但已經是小干線家族中比較大的機型了,最大可容納190人之多。

  C919的機頭來自成都飛機工業集團,機翼來自西安飛機工業集團,前后機身來自南昌洪都航空工業集團,后機身前段來自沈陽飛機工業集團。

  C919機身的15%采用了樹脂基碳纖維復合材料,這是民用大型客機首次大面積使用這種材料,而這種材料在傳統大型客機的使用率只有1%左右。

  別人不用,不是材料不好,也不是價格太貴,而是這種材料對安裝精度的要求太高,一般人使用這種材料無法完成它對“對接”要求的精度,因此使用不多。

  上海飛機制造有限公司(以下簡稱上飛公司)飛機總裝車間副主任高遠告訴記者,C919所使用的樹脂基碳纖維材料重量輕,同等強度的前提下,它的重量能比一般傳統材料輕上80%;它的疲勞壽命也更長,一般金屬銀材料的使用壽命為20年或6萬個飛行小時,而它可以達到30年或9萬個飛行小時,結構壽命可以提高50%

  一個問題是,這種材料被用于飛機制造中,要求的對接精度,比火箭還要高出三四個數量級,靠傳統的量具來實現“精度”的方法,不適用了。

  在C919的制造過程中,中國人第一次實現了大部件的自動對接,通過激光定位和跟蹤法,能使得對接精度比過去高出兩個數量級。


發動機:技術創新 運營成本降低

  航空發動機作為“航空之花”,可以說是航空技術和工業積累的完整體驗。C919的發動機為LEAP-X1C發動機。

  LEAP-X1C型發動機是由國際公司美國通用電氣與法國SNECMA各以50%資金比例合資建立的大型客機發動機生產商CFM國際公司研制的大型噴氣客機發動機。它采用了18片賽峰公司研制的碳纖維復合材料風扇葉片以及美國通用電氣公司研制的陶瓷基復合材料渦輪部件。

  它采用了許多行業內領先的創新性技術,包括超高壓比核心機、采用三維編織樹脂模傳遞成型技術制造的復合材料風扇葉片、復合材料風扇機匣、第三代三維氣動設計壓氣機和渦輪葉片設計技術、第二代雙環預混旋流器(TAPS II)燃燒室技術、可變面積外涵噴管和先進材料等。發動機和短艙將作為一體化推進系統來設計,擁有先進的進氣道、聲學處理和電動反推力裝置,可以充分發揮其氣動性能、重量和聲學優勢。

  這款先進的新型渦扇發動機較CFM之前生產的波音737的發動機有了許多先進性提升。LEAP-X1C發動機燃油消耗可減少16%,二氧化碳排放量可減少16%,氮氧化物排放量可減少至不足60%,且更為安靜。

  相比于其他發動機,LEAP-X運營成本可以比其他發動機降低15%,這是一項巨大的優勢,這也是最終選定LEAP-X系列發動機作為動力裝置的最重要原因。

為啥發動機不是國產的?

  對于大飛機的“內核”,如發動機、通訊導航設備等,C919飛機選擇了兩條路——一是國外原廠,國內合資;二是原裝進口,到一定程度實現部分國產,最終實現全部國產。

  “最終實現全部國產化”是中國商飛購買原裝進口產品時被設置的“技術市場門檻”,也就是說,一旦某項產品被中國商飛采購,那么它最終的“出路”只有一條——逐步國產化。這是產品生產廠商與中國商飛之間的基本約定。

  C919項目立項之初,國務院總理李克強就給國產大飛機定過一個基本的原則——自主設計、系統集成、全球采購、逐步國產。

  很多人認為,把一些進口的產品組裝起來,其實沒有什么太大的難度,沒有技術含量。但記者采訪發現,對于已經有30多年沒有碰過民用大型客機研發的中國人來說,C919的設計生產、制造達標過程本身,就充滿了創新和挑戰。


C919首飛意味著什么?

  航空制造業差不多代表了一個國家制造業的頂尖水平,我國在上世紀放棄了運-10計劃導致國內航空制造業十年的斷檔和大量的人才流失,此次首飛標志著我國的大飛機制造業重新崛起。

  有人說,我們只是造一個殼子把所有的東西塞進去。但這正是我們所取得最大進步所在,航空制造業與其他制造業的有一個不同之處就在于集成的難度。

  飛機特別是商用的大飛機,講究耐用率與經濟性,這就帶來了對氣動布局的近乎苛刻的要求,既要有可靠的結構強度同時又要做到盡可能輕便,而一個氣動布局所涉及到超算模型與風洞模擬,又不是一般小國家可以做到的體系化建設。

  可以說造出一個殼子是一個系統的工程,考驗的是一個國家的完整工業體系與龐大的工程師隊伍。

  在全球化的時代里,一味講究國產率實際上并沒有太多的價值,737和A380上面也有不少零件來自于中國制造商。

  C919使用了美法合資CFM公司的LEAP-1C的發動機,其實波音與空客的飛機也用了這個發動機,C-919用了它可以消耗比同級別飛機少15%的燃油,降低10%的座公里直接使用成本,還可以減少50%的碳排放量,別人的好東西可以拿來用為什么不用呢?

  當然這也不意味著我們可以不必發展發動機,C919的航電、飛控、空氣管理系統供貨商均為歐美公司,這些關鍵技術上面我們尚還沒有能力做出和西方歐美公司一個水準的產品。

  但是只要我們可以利用他們的技術造出我們的飛機,并且可以投入運營并盈利,自然會有國內的廠家來研發我們自己的航電、飛控系統,如果一蹴而就全部國產,可能帶來的結果是C919項目的失敗,這會導致國民對整個國產飛機產業鏈失去信心,國產飛機失去市場,行業逐漸崩潰,想要再一次打開市場,困難可想而知。

  C919以高達百分之五十的國產率下架,打破了歐美在大型客機領域的壟斷地位,是超出預期的成功。作為一款商業用途的飛機,大量使用國際一流的發動機與航電、飛控技術以增強穩定性,并以此加大通過美歐主導的適航認證的概率,更為之后的國產化積累了經驗。

  資料來源:中國科普博覽,中國青年報,央視新聞

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(責任編輯:xu)
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