中国航空工业的数字化革命起源于新飞豹的研制。新飞豹是计算机虚拟的全数字样机。新飞豹数字化技术在2000年得到大规模使用解决了国内两大难题:全数字样机的设计制造技术难题和生产管理难题。
新飞豹飞机的数字化外形可以做计算流体动力学(CFD)、运动机构模拟和空间分析,基于三维数字化模型又可生成三维工艺模型,最后依据数控机床加工数控零件,将三维设计、工艺和生产制造打通,这在中国航空工业是一个新突破,仅晚于波音公司8年。由于新飞豹的部件数量非常大,包含5万多个结构件和43万个标准件,因此从全数字样机的展示到生产制造成果都在国际上产生了重大影响。为此,波音公司还曾在2002年4月专程到中国“取经”,法国达索公司的CEO(即CATIA之父)也曾发函表示祝贺。
新飞豹的数字化为何会带来如此大的轰动效应?因为这是有史以来国际范围内第一次在大型复杂产品的工程应用上使用英特尔加Windows。CATIA V5这种业界无可争辩的王牌产品用的就是英特尔加Windows平台。新飞豹的数字化革命让如此高端的三维设计可以在每个人的电脑上使用,确实有“昔日皇家宴,今入百姓家”的意味。新飞豹数字样机设计应用项目也因此获得了国家科技进步二等奖。
新飞豹样机是2000年中国航空工业第一飞机设计研究院在数字化设计上的成果,再经与西安飞机工业(集团)有限责任公司(简称“西飞”)合作完成整个全数字化的生产制造,于2002年7月1日首飞成功。而后,该院在新飞豹数字化的基础上全新构建全数字化设计,又研制了空警2 000飞机和小鹰500飞机。小鹰500飞机现在销量已达数百架,2005年获得了国防科技银质奖章。
新飞豹全数字化设计的成功对我国航空工业的发展起到了极大的推动作用。2002年,国防科学技术工业委员会启动了飞机制造业数字化工程,共有18家单位参与研制,基于新飞豹的数字化为航空工业打造了强大的数字化体系。2005年又启动了航空发动机信息化项目,该项目打造了国内最高水平的数字化工业体系。
在此基础上,一飞院又研制了新支线飞机ARJ 21-700,该机型目前有几十架在国内外航线上运营。这款飞机当时是由一飞院的西安阎良总部和上海分院(如今的上海飞机设计研究院)异地协同设计而成。该飞机结构由上海飞机制造有限公司(简称“上飞”)、西飞、成都飞机工业(集团)有限责任公司(简称“成飞”)、沈阳飞机工业(集团)有限公司(简称“沈飞”)合作生产,这一布局为我国大飞机研发打下了基础。同时,为了能进入国际市场并取得民用飞机适航认证,该飞机采用了国外的发动机系统,共有分布在11个国家的19家国外供应商(图4)。(www.daowen.com)
图4 ARJ 21-700协同设计的数字样机
在C919总设计师吴光辉院士领导下,从外形设计开始就采用全数字化的设计技术,通过CFD计算,把飞机的气动布局从500副翼型优化到8副,再到4副,然后生产出缩比模型做风洞吹飞实验,才形成了最后的飞机外形和现在的气动布局。这在过去简直难以置信,没有数字化技术,飞机外形不可能做到这么精良。
C919的客机研制,除了成飞、西飞、上飞、沈飞的参与,还联合哈尔滨飞机工业集团有限责任公司(简称“哈飞”)、南昌飞机制造公司(现更名为“洪都航空工业集团有限公司”)、浙江西子航空工业有限公司(简称“西子航空”)协同进行。西子航空是中国唯一参加大飞机供应链的民营飞机公司,所以这也反映了民营航空公司的快速发展。
2018年,中央电视台连播五集纪录片,将运20飞机的研制历程详细展示了出来。运20飞机是当时刚完成研制就交付部队的军用飞机,在数字化方面获得了巨大的成功,因此引起了很大的社会影响。2019年的世界智能制造大会,担任运20协同研制制造的中航飞机股份有限公司也获得了高度赞誉,因为他们建设了基于跨学科、跨部门、跨区域协同的工作机制,构建了大型运输机的协同设计平台。
运20飞机的技术复杂度非常高,最大起飞重量可达220吨。这款飞机的研发涉及千家单位,创造了中国大型复杂工程的现代研制管理体系;同时因为涉及全国984家研究院所、高校和几千家配套企业的协同合作,所以还进行了数字化标准的大规模应用。因此,运20飞机的技术成果非常丰富,2014年有3位来自运20研制团队的成员获得五一劳动奖章。此外,钛合金3D打印技术的发明者王华明也在运20研制过程中有重大突破,获得了国家技术发明一等奖。
在抗击新冠肺炎疫情中,运20充分证明了它的应用价值,中央曾一次性出动6架运20,连续两次给武汉运送医疗队、医疗设备和抗疫物资,可见运20的战斗力之强。
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