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飛機從設計研發到制造的流程是怎樣的?(一)

行業資訊 | 2019-06-14 300

飛機從設計研發到投入運營是一件很不容易的事情。生產之初,要進行詳細調研,光是了解市場需求就可能花費數年時間。立項之后,便是將飛機各種性能和要求細化。經過一系列的測試之后,還要進行漫長的試飛取證。本文講述的便是:一款機型是如何制造出來了?為什么要這樣造?要經歷哪些階段?相信看完,你就會明白一架客機的制作流程究竟是怎樣的了!

 作為開篇,我想先講述一款機型是如何制造出來了,為什么要這樣造,要經歷哪些階段。所以第一篇就是 《明白客機的制造流程》。

  概念性設計

  飛機的概念性設計其實就是調研,當飛機制造公司有想法制造一款新客機時,都會先進行這一步。問問航空公司的需求,問問供應商的技術能否支持,同時也會將自己的一些構想推銷給航空公司,看看大家的反映。這個階段大家都可以天馬行空,也可以自以為是。但是隨著項目深入,大家會很仔細地研究未來需求,然后分析可行性,把飛機的大概輪廓確定下來,比如說是一架多少座級的飛機,要飛多遠,用多少個引擎等。這個階段的費用都由飛機制造商自己承擔,和昂貴的開發費用比起來這個階段的費用是九牛一毛。

  但是調研階段卻非常考眼光,選錯了市場,這個飛機日后的日子就不好過了。就如空客當時想著超大型飛機市場至少有500架,但是顯然除了中東油霸,能支撐A380的航線太少了。調研時間可以持續幾年時間,畢竟這個是為未來準備的。
  當然飛機制造商那些自以為是的方案都不少,以為航空公司會喜歡結果被批得掉渣,波音就有兩個現成的。

  在空客開發了A340系列后,麥道又搞MD11,波音本想搞767X,也就是日后的777項目,但是大家是否想過最早的777就是一款3發加長版767航空公司肯定不買帳。


  三發版777模型


  波音又覺得航空公司肯定喜歡飛得快的飛機,于是又推銷音速巡航者,但是航空公司關心的是省油而不是快那么1、2小時到達目的地。這個項目當然也沒有立項,不過一些成果對日后的787還是有幫助的。

 

  音速巡航者模型,該機被設想能以0.98馬赫的速度巡航

  每次看到航空迷說以后應該有多快的客機出來,應該可以實現。是的,也許以后技術不存在問題,但是市場不會接受,協和、2707、音速巡航者已經很好反映這個事實。畢竟主流出行人群還是在意價格的。

  A380原來也有2個A340機身拼在一起的構型,發起人正是A340的總師。但是這個方案缺陷多多,當然不可能被通過。這個階段就是要多想各種機身截面設想,考慮各種情況。事實上軍機也是如此,有些ATF方案不是也有鴨翼嗎?

  

 

A380的各種機身截面設想,最后還是選擇了傳統的圓形截面

 

  A380在概念階段的設計構想,這時的構型可能多達數十種

  所以商飛說調研C929,這個離立項還遠,做做調研不是壞事,反正也花不了幾個錢,國家更不可能在調研階段就給錢,大家不要看到一個調研新聞就把C929等同于立項了。


  C929想象圖

  項目啟動 JDP階段

  當和航空公司聊完,知道他們的需求,并且判斷這個機型有市場前景,那么就會開始立項,對外宣傳項目開始,并且公布該機型的定義。例如這是架300座,雙引擎客機,油耗可以達到多少等最基本的數據。而且會公布有哪些啟動用戶。

  通常這個階段都會有啟動用戶,這就是為什么要調研的原因。如747,泛美說你能做出來我就要,波音說你敢要我就敢做,這樣泛美就是747的啟動用戶。啟動用戶(嚴格來說應該是第一批下訂單的航空公司)有什么好處,當然有。搶個頭彩,可以宣傳自己領先業界,并且可以用低于正常的價格買到飛機。當然也存在風險的,萬一這飛機沒有宣傳的好或者延期,那么航空公司就要承擔損失。當然可以叫飛機制造商去賠,如國航買了15架77W(777-300ER),因為787延期,波音多賠了4架77W。商業世界是很現實的~

  立項時能對外公布的參數都是很初步的,只有大體的輪廓。因為這時飛機制造商還需要和供應商甚至航空公司一起完成好初步設計/聯合定義階段(JDP)。

  JDP是一項非常重要的工作,將細化飛機的性能和要求,比如說引擎要達到多少推力,機身寬度需要設置一排9座還是一排10座,甚至對滑行道寬度、飛機轉彎半徑等都會進行設計定義。把這個工作明確了,各系統零件供應商就能知道要提供什么樣的產品來滿足這架飛機,是現有的還是需要額外開發(通常引擎都需要新開發)。

 JDP通常需要半年到一年時間來完成,在完成這個階段后,飛機制造公司就會公布一些信息,提供飛機一些比較詳細的數據,如是否采用復合材料機身、機身具體長度寬度、航程載荷等。并且會公布時間表,什么時候首飛什么時候交付。因為在JDP階段,這些都是進行過評估的,當然也只是評估,會存在變數。有心人可以列一下1950年后哪些客機延遲了,看看有沒有超過半數。

  這時飛機的具體設計要素會被凍結,不會發生根本性變化。


  到了JDP階段完成后,主設計就會凍結,只會進行一些細微的調整,這個就是A380研制時從Status 3調整到Status10,才是我們現在看到的A380

  題外話1:ARJ21這個項目從JDP階段就陷入困境,內部斗爭使得JDP階段用了近3年時間,都還沒確定到底用什么布局,這個我將在大飛機科普2-ARJ項目15年里面詳細分析。

  題外話2:很多人說商飛不爭氣,沒看到C919比ARJ21有什么進步,這個是明顯錯誤的。當商飛成立,各自工作職責明確后,C919的JDP時間只用了一年就完成,和其他機型的時間相同。比起ARJ混亂的三年明顯走得順。

  工程發展

  接下來就進入另外一個階段——工程發展階段,也是將飛機從圖紙變成實物的重要階段。這個階段分三步走:

  1、詳細設計

  2、全面試制

  3、試飛取證

 詳細設計

  這個階段需要設計出飛機的所有部件,包括工藝生產流程都需要設計,各部門的分頭行事。但是這個階段最容易出問題,而且這個階段就已經可以估算出飛機是否超重,超重多少。如A350在這個階段就宣布超重了8噸,而且像空客這種跨國企業,因為法國和德國的設計軟件版本不同都造成了大麻煩,使得項目延遲。

  在這個階段,飛機制造商會時不時發布最新進展,好的壞的都需要發布,如調整項目計劃,甚至宣布推遲。這個不是事先打預防針,而是項目進入細致階段,任何一個零件出問題都可能導致項目推遲,這個你無法預計。就像747無法預計引擎出問題,導致延期;787因為機翼和后機身出問題導致延遲;A380因為軟件系統不兼容導致延遲;連三菱的MRJ都因為設計問題導致延遲。尤其是當民航這種存在大量外包和跨國合作的項目,管理是非常重要的一環,但是信息一定是要對外界說明的,有兩個重要作用。

  1、 你需要告訴那些已經下訂單的客人,我的進度如何,能否按原來的要求走,也好讓客戶重新修正時間。

  2、 告訴那些對這飛機有興趣的潛在客戶項目情況,遇到哪些困難,同時強調這飛機有那些優勢是確保的,讓他們盡快下訂單。

  題外話3:明星靠緋聞增加曝光率,飛機制造商為了多賣飛機,任何的節點和進展都會對外公布,用于宣傳,787那800架訂單可是首飛前就有了。大家看習慣了軍用飛機“不吹牛”,但是你又不是軍機目標客戶,人家只會向軍方“吹牛”。看看全球大賣的F-35,洛馬還不是像賣客機一樣定時公布F-35的最新進度和細節,圖什么?就是告訴小伙伴這飛機一切安好,快點按原計劃買。

  全面試制

  設計完成后的部件就開始制造,或者將設計圖交給供應商,由供應商來制造(如787的機翼)。這個階段也是容易出現拖延,任何一個供應商交付拖延都會導致整個項目拖延。如果JDP階段的工作沒做好,惡果就會在這個階段體現。單一部件的反復修改,多系統的組合測試是這個階段最主要工作。波音空客經驗豐富,對于一些風險小的項目(比如747-8),可以直接將制造好的零件組裝成原型機。但是對于一些高風險項目,還是需要造額外的測試段,用于驗證之前的設計是否符合要求。

  比如787這款塑料飛機,波音就造了機身測試段和機翼測試段,用于驗證生產工藝和強度測試,這是在之前777項目中沒有的步驟。

 

  對787機身段進行破壞測試

 
 
  在787首飛前,波音已經做了一次機翼的破壞性測試
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