圖說C919——更直觀的認識中國的大客機

本文攝影:未注明外均為高鵬舉,原作者:周穎 高鵬舉?
2017年4月26日,國產(chǎn)第一條001A航母下水;2017年5月5日,國籍登記注冊號為B-001A的C919順利完成了首飛;2017年12月24日,B-002A的AG600大型水上飛機首飛成功。從2016年下半年到現(xiàn)在,國人接二連三的被一系列新誕生的國之重器所震撼,我們在各個領(lǐng)域取得的成就充分展現(xiàn)了國家意志和人民的創(chuàng)造力,這些成就的誕生是我們在復(fù)雜多變的國際環(huán)境中努力拼搏,銳意進取的最好證明,因為我們的目標是星辰大海。今天我就帶大家圍繞C919走一圈,一起仔細看看我們的C919,讓您更直觀的認識我們大型客機。

圖001,C919選用了雙曲面整體承載式風(fēng)擋玻璃,總共四塊,面積很大,這對機頭駕駛艙結(jié)構(gòu)和風(fēng)擋玻璃的光學(xué)性能提出了很高的要求,風(fēng)擋與機頭雷達罩線條融為一體,整體氣動減阻效果明顯,飛行員的視野極好,現(xiàn)在全球這樣做的大家常見的只有波音B787和C919,當然加拿大龐巴迪CS系列客機也是這樣的,只是這個系列的飛機我們不常見而已。C919駕駛艙側(cè)舷窗鍍膜可以有效防紫外線,為飛行員提供高空飛行時的保護,這風(fēng)擋玻璃可是咱們中國本土的企業(yè)提供的。

風(fēng)擋的下方是一堆各種探頭,對于飛機而言,比如飛行速度、飛行高度、升降速率等等很多飛行數(shù)據(jù)都需要測量空氣壓力,因此這些在機頭處的各種探頭就承擔的是這樣的責任他們分別是靜壓管、全壓管、大氣總溫探頭、結(jié)冰傳感器,紅色方框表示這個區(qū)域內(nèi)一定要干凈整潔,氣動平滑,否則都有可能導(dǎo)致傳感器測量不準。
圖片最左邊有幾條“凸筋”的圓滾滾的機頭雷達罩里面就放置的是C919的氣象雷達,飛機的飛行活動是靠天吃飯的,彩色氣象雷達可以利用多普勒效應(yīng)來探測雨云以及湍流,可以給我們的飛行員以安全的飛行參考,這些“凸筋”叫做防雷條,它既可以增加復(fù)合材料的雷達罩強度,也有效減弱雷電擊中飛機影響(它們相當于避雷針的作用)。別看雷達罩和飛機機體是一個顏色,但是介電性質(zhì)卻完全不同,雷達罩就必須噴涂不能影響雷達波的漆,而機身的漆就不受此要求影響。
C919上的復(fù)合材料應(yīng)用范圍從方向舵等次承力結(jié)構(gòu)到平尾等主承力結(jié)構(gòu),主要包括雷達罩、機翼前后緣、活動翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后機身、尾翼等部件,用量達到機體結(jié)構(gòu)重量的11.5%,這是國內(nèi)首次在民用飛機的主承力結(jié)構(gòu)、高溫區(qū)、增壓區(qū)使用復(fù)合材料。

圖002,我們從右邊看看C919的機頭,由于采用了承載式整體風(fēng)擋玻璃,因此C919和波音B787一樣是沒有能夠打開的側(cè)舷窗的,有些民航客機駕駛艙擁有能打開的側(cè)舷窗也是飛行員緊急逃生的出口,像這樣不能打開側(cè)舷窗的飛機就必須為飛行員設(shè)計至少一個應(yīng)急逃生門,我們可以看到在右側(cè)的風(fēng)擋上方就是C919的機組應(yīng)急逃生門,這就是從為機組救生角度要求來設(shè)計的。
右邊的機頭大氣數(shù)據(jù)探頭和左側(cè)一模一樣,它們有兩個作用,第一作用大家都好理解——是為了安全的備份。第二是為了校準,關(guān)于校準我們需要解釋一下:飛機本身也有一定的尺寸,所以當飛機橫滾偏斜時,就會有一邊的探頭真實高度下降,而另一邊的探頭實際高度增加,兩邊的探頭測量的數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一定的誤差,雖然民航飛機橫滾偏轉(zhuǎn)角度很小,兩邊探頭的高度差很小,但就是為了更精準的測量高度,大氣數(shù)據(jù)計算機會把兩邊“實際高度”不同探頭測到的數(shù)據(jù)進行比較、加權(quán)、再根據(jù)飛參數(shù)值進行綜合評價,從而解算出最精準的飛行高度——飛行的嚴謹性大家從這里就能見一般了吧?

圖003,這是C919的左前登機門,我們乘客一般都從左邊上飛機,右邊是為飛機提供配餐、報刊雜志的,所以左邊專業(yè)叫做登機門,右邊專業(yè)上被稱為勤務(wù)門,這些門既是乘客出入飛機的通道,也是應(yīng)急逃生出口,所以,所有的門框都會用與機身顏色有明顯區(qū)別的線條來表示,以幫助救援人員找到這些應(yīng)急出口。我們可以看到,在門的上邊有一根比門寬的“線”,這其實是一根導(dǎo)流槽,是個很貼心的設(shè)計,如果遇到下雨,雨水就會從導(dǎo)流槽向門的兩側(cè)分流,而不會讓您穿越“水簾洞”。

圖004,C919的這個客艙門的設(shè)計和空中客車的飛機類似,只要將門把手向上提起開鎖,直接向外向前平推/拉開就可以將門打開并鎖住。C919的首飛機長蔡俊大家都很熟悉了,但是C919首飛落地后第一個打開左前登機門的卻是首飛的試飛工程師馬菲,此圖中他正在打開艙門,隨后首飛機長蔡俊從容步出機艙,馬菲在首飛機組中排位第四,通過他的操作方法我們可以看出大門的打開方式。

圖005,首飛的這架C919并不是正常交付客戶的完全體,如果您仔細看就會發(fā)現(xiàn)登機門里的艙內(nèi)隔間壁板上還有白色的線束圍起來預(yù)留的位置,這里將來安裝的是乘務(wù)員使用的客艙綜合服務(wù)顯示控制器,通過大面積的觸摸屏乘務(wù)員可以集中控制客艙燈光、播放音樂和錄像、檢查飛機上飲用水和盥洗室廢水的勤務(wù)狀態(tài)、微調(diào)客艙溫度等等工作。在艙門的右邊您會看到從上到右下依次有四個探頭,分別是空速探頭、大氣總溫探頭和兩個迎角傳感器,前兩個探頭你可能有疑問,不是機頭兩邊都有了么??為啥這里還有??我要來解釋下,因為這是第一架飛行驗證狀態(tài)的C919,我們需要通過多種方式來測量與飛行密切相關(guān)的重要大氣數(shù)據(jù),因此,本圖中我們看到空速探頭和大氣總溫探頭并不是C919的標準配置探頭,這兩個探頭也并非為飛機直接提供數(shù)據(jù),而是為安裝在機身里面的測試設(shè)備提供信號的,這個測試設(shè)備會實時記錄和回傳給指揮大廳,首飛機組還有手持式GPS系統(tǒng)來測量空速。C919首飛時,技術(shù)人員會通過手持GPS、飛機自身、地面遙測等多途徑獲取的數(shù)據(jù),分析判斷飛機空速系統(tǒng)是否正常。通過多渠道獲得空速數(shù)據(jù),對C919的首飛十分重要,如果首飛時僅使用飛機自身空速測量系統(tǒng),而該系統(tǒng)發(fā)生異常導(dǎo)致錯誤,其后果可能非常嚴重。以后C919進入型號合格審定試飛的時候甚至還有可能在機頭雷達罩上安裝一根指向前方的像長矛一樣的大氣數(shù)據(jù)探測桿,這都是為了更加精準的測量空速。完成相關(guān)的測試后,正常的生產(chǎn)交付型號這些就會取消的。而且您可能還會發(fā)現(xiàn)這些探頭并不水平向前,而是向下偏斜,您的觀察非常仔細,因為飛機飛行時機翼的翼弦要和氣流要保持一定的迎角,這樣可以讓機翼產(chǎn)生足夠的升力,為了保持這種機翼和氣流迎角,飛行時就會將機身維持在頭高尾低的狀態(tài),但是飛機質(zhì)心依然是水平運行,探頭向下傾斜是為了讓飛機在正常巡航飛行時的迎角下,探頭最大限度的指向順氣流方向,測量的數(shù)據(jù)盡可能準確。

下面這兩個有紅色文字標示的傳感器就是飛機的迎角傳感器,迎角也叫攻角,是飛機相對與氣流的角度,我們用這個傳感器測量飛機機機翼的翼弦相對氣流的夾角,以此來進行飛參數(shù)據(jù)計算,確保始終是在安全的迎角內(nèi)飛行,每架飛機都有自己的設(shè)計極限迎角,在這個極限迎角以下都可以安全平穩(wěn)的飛行,一旦超過這個極限迎角,飛機產(chǎn)生升力的部件——機翼所產(chǎn)生的升力會急劇減小,阻力會急劇增加,當升力不足以托舉飛機在空中飛行時,我們就稱飛機發(fā)生了“失速”的狀態(tài)。
舉個例子:我們放風(fēng)箏,風(fēng)箏的升力平面必須和風(fēng)有一定的角度才能獲得升力,飛向空中,風(fēng)箏是飛得高還是飛得遠都依賴于頂線的綁扎技巧,當然,我們不能把風(fēng)箏的頂線綁扎成讓它與風(fēng)的來向正好平行或者成90度,正好平行就獲得不了升力,飛不起來,而如果成90度那樣就成阻力板了,也不能飛行了,這樣例子就能幫助您理解飛機的迎角(攻角)對飛行的作用。

圖006,這是C919的上機身,有一大堆神秘的天線和探頭,它兩個TCAS天線非常扁平,不仔細看不容易發(fā)現(xiàn))、機身上部防撞燈、刀型VHF通訊天線和綜合信息遙測天線、這些里面長得像指南針那樣的傳感器和遙測天線僅在這首架C919和一些需要進一步試飛的C919飛機上有,以后正式生產(chǎn)型C919是沒有的。
在材料使用上,C919以第三代鋁鋰合金、復(fù)合材料為代表的先進材料首次在國產(chǎn)民機大規(guī)模應(yīng)用,總占比達到C919飛機結(jié)構(gòu)重量的26.2%。先進鋁鋰合金的應(yīng)用,屬國內(nèi)首次,通過大量的研發(fā)和驗證試驗,建立了鋁鋰合金的材料規(guī)范體系、設(shè)計許用值體系和制作工藝規(guī)范體系。C919的機身蒙皮、長桁、地板梁結(jié)構(gòu)上應(yīng)用第三代鋁鋰合金,用量達到機體結(jié)構(gòu)重量的7.4%。

圖007,這就是C919的心臟——來自CFM的LEAP-X1C渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,LEAP-X1C發(fā)動機是由著名的航空發(fā)動機廠商CFM公司在其研發(fā)生產(chǎn)的世界最暢銷發(fā)動機CFM56系列發(fā)動機的基礎(chǔ)上,融入了近40多年來的成功經(jīng)驗,植入了最先進的技術(shù)研制出來的大型高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。這款全新的民用航空發(fā)動機大量應(yīng)用先進技術(shù),使得發(fā)動機綜合性能大幅提升、利用成熟發(fā)動機進一步發(fā)展升級也極大的降低了研發(fā)成本和技術(shù)風(fēng)險,更好地滿足了客戶的經(jīng)濟需求和環(huán)保要求。與CFM研發(fā)的CFM56系列標準發(fā)動機相比,LEAP-X1C發(fā)動機燃油消耗可減少16%,二氧化碳排放量可減少12%,氮氧化物排放量比國際民航組織規(guī)定的標準低50%,且更為安靜。是中國的C919選用的唯一國外動力裝置。
我們知道,CFM56系列發(fā)動機安裝在空客A320系列飛機和波音737系列飛機上,而其發(fā)展型號LEAP系列發(fā)動機也針對空客、波音和中國商飛做了不同的設(shè)定,分為X1A(專門配屬空客A320NEO,單臺起飛推力32900磅,折合14.92噸)、X1B(專門配屬波音B737MAX,單臺起飛推力28000磅,折合12.7噸)和X1C(專門配屬中國商飛C919,單臺起飛推力30000磅,折合13.6噸)三大系列,我們可以看出CFM公司的LEAP發(fā)動機不同的分類就是專門按照三大民用飛機制造商的名字來劃分的。我們可以在發(fā)動機的整流罩上看到CFM的商標和LEAP的名字,C919使用國際上成熟可靠的貨架產(chǎn)品可以降低研發(fā)風(fēng)險,為后續(xù)適航取證鋪平道路,當然,希望我們自己的國產(chǎn)民用航發(fā)能夠盡快裝備使用,我們可以看到,在發(fā)動機的后部還畫有發(fā)動機進排氣危險區(qū)域標示——這是強制涂裝,世界上每架民航飛機的每臺發(fā)動機上都有,不過,這和乘客關(guān)系不大,主要是給地面機務(wù)工程師看的,防止他們在維護檢查工作中受到傷害。

圖008,從正面看C919的心臟——CFM研發(fā)的LEAP-X1C渦輪風(fēng)扇發(fā)動機,C919一共安裝了2臺這樣的發(fā)動機,我們從正面看,發(fā)動機整流短艙下半部也做了扁圓化處理,以此增加發(fā)動機短艙和地面的間隙,兩臺發(fā)動機通過吊架系統(tǒng)吊裝在機翼下方,C919的發(fā)動機與機身之間的吊架采用了IPS(推進系統(tǒng)一體化)設(shè)計技術(shù),使得氣動損失降低,減小了結(jié)構(gòu)重量。采用翼吊發(fā)動機設(shè)計有如下好處:1,發(fā)動機距離地面近,維護方便,絕大部分日常維護我們技術(shù)工程師站在地上就可以完成,個別高的地方拉一個小梯子就可以接近。2,發(fā)動機安裝的位置比機翼里油箱的位置低,即使全部燃油泵都不工作,發(fā)動機也有重力供油作為備份從而確保安全。3,發(fā)動機裝在機翼下方,進一步遠離機身,機翼的本身還可以有效遮蔽發(fā)動機的噪音,從而讓客艙環(huán)境更舒適。4,發(fā)動機本身的重量也能抵消飛機機翼的升力對機翼結(jié)構(gòu)的一部分彎矩,這一點作用和機翼燃油箱是類似的。

圖009,我們從正面很清楚的可以看到LEAP-X1C渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的壓氣機風(fēng)扇進氣整流錐上的防鳥擊螺旋,這個螺旋隨著發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)而變成閃爍的圖案,可以有效嚇阻低空飛行的鳥類,僅僅是一個再簡單不過畫上去的圖案,卻能極大地保障飛機的安全飛行,18片3D碳纖維樹脂氧化復(fù)合材料RTM(樹脂傳遞模塑成型)寬弦風(fēng)扇葉片,S型的風(fēng)扇葉片前緣有鈦合金材料包裹增加強度,每片風(fēng)扇葉片使用的碳纖維長達322公里??窗?!航空發(fā)動機的風(fēng)扇葉片充滿著工業(yè)之美,如果說飛機是一個國家的工業(yè)之冠的話,航空發(fā)動機無疑是這頂王冠上最璀璨奪目的那塊寶石。在挖掘打磨這顆寶石的征途上,我們還要繼續(xù)努力啊。

圖010,發(fā)動機前方銀灰色的是進氣道唇口,這個圓潤的進氣道可以理順前往發(fā)動機的氣流,恢復(fù)進氣壓力,增加發(fā)動機工作效率,同時唇口使用熱空氣防冰,增加了安全性,我們可以看到照片中發(fā)動機右下有個帶格柵的圓孔,上面還寫有:“警告,小心高溫氣體”的字樣,這就是為進氣道唇口提供防用冰熱空氣的出氣口。

圖011,這張C919落地后的照片是由中國航空攝影師顧軼炯先生拍攝的,他非常準確的抓拍到了C919在首飛落地后在跑道上打開了發(fā)動機反推力裝置減速的情況,反推力裝置在民航飛機上幾乎是標準配置了,它并不是讓發(fā)動機反著轉(zhuǎn),而是通過不同的方法讓發(fā)動機向后的排氣反折向前,這樣發(fā)動機推著飛機前進的力量就變成了讓飛機減速的制動力,這樣可以大大減少對剎車系統(tǒng)的損耗?,F(xiàn)在飛機的運行程序中都提倡使用反推力裝置,我們坐飛機時落地后會突然聽到發(fā)動機會發(fā)出巨大的轟鳴,此時就是反推力裝置正在使用的時候,而您此時身體還有很強的前沖的感覺,要不是安全帶勒著,您估計能貼到前排座椅后背上去啦。

圖012,這是從正面看C919右邊的發(fā)動機短艙,發(fā)動機本體幾乎可以看作是軸對稱圓柱體,它要為飛機提供前進的推力,這是發(fā)動機提供的一次能源,除此之外,它還要通過發(fā)電機為飛機提供電源、通過發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵為飛機提供液壓、通過發(fā)動機的壓氣機部件為飛機的空調(diào)等多個系統(tǒng)提供壓縮空氣等等這些二次能源,因此,需要附件齒輪箱將發(fā)動機本體的旋轉(zhuǎn)傳動和降速,并且連接液壓泵、發(fā)電機、滑油泵諸多附件,當然,發(fā)動機正常運行還必須要有電子發(fā)動機控制器、滑油箱、防冰管,啟動引氣管等等,所以這些東西都要安裝在發(fā)動機外表,為了整流,需要發(fā)動機短艙把它們都包裹起來,也就形成了您看到的這樣的形象——只有黑黑的圓圓的區(qū)域是發(fā)動機本體,其它鼓出來的地方都包裹著各種各樣的設(shè)備和附件,發(fā)動機短艙的功能就是為它們提供安全可靠的空間,為整個飛機的動力裝置理順氣流。圖中主起落架前方機翼下表面安裝的橘紅色設(shè)備是攝像頭,就是為了觀察主起落架工作狀態(tài)的,正式交付C919上沒有這個攝像頭。


圖013系列。C919翼尖的融合式翼稍小翼,這個氣動設(shè)計是為了降低翼尖的渦流,這個彎曲的融合小翼可以讓C919減小約2%的阻力(誘導(dǎo)阻力),別小看這2%,每年為航空公司節(jié)約的燃油就是論百萬元計算的,小翼的后面的小刺并不是天線,那是靜電放電刷,飛機在空中飛行,會和空氣摩擦積累電荷,需要這些放電刷實時將機身上積累的靜電放出去,小翼的前面是航行燈和頻閃燈,航行燈在整架飛機上的布置是左紅右綠尾白,這一傳統(tǒng)是從航海技術(shù)上引入或者傳承下來的,可以幫助人們在夜間有效識別航空器的相對位置,紅色的航行燈很明顯的說明我們是在飛機的左邊,而且請注意,C919的航行燈使用了LED光源,燈泡壽命更長。

圖014緊挨著翼稍小翼的外側(cè)翼段紅圈范圍內(nèi)的舵面叫做副翼,是飛機的主要操縱面之一,副翼的后緣有5根放電刷。一般而言,副翼運行動作是差動的——也就是一邊上升一邊就下降,它的差動改變了兩側(cè)機翼外側(cè)彎曲的程度,從而改變了兩邊機翼外側(cè)升力的大小——借此實現(xiàn)了飛機橫向滾轉(zhuǎn)操縱,就是我們常說的飛機壓坡度。
而機翼前緣藍色方框內(nèi)是釋放出去的前緣縫翼,前緣縫翼是飛機増升裝置的一種,顧名思義,它可以幫助飛機在起飛或者降落時增加升力,讓飛機更快地起飛或者更低速的降落,在專業(yè)上講它可以通過前伸、開縫、增加機翼的面積和彎度來顯著增加升力,增加臨界迎角,有效防止失速。

圖015,這張照片很清楚的能看到C919的左側(cè)機翼,前面是縫翼,作用已經(jīng)說過了,后面黃框內(nèi)彎曲向下偏轉(zhuǎn)的是位于機翼后緣、內(nèi)側(cè)的襟翼,這個襟翼也是増升裝置,屬于次要操縱面,它和副翼的差動運行不一樣,一般而言,它只能兩側(cè)同步向下偏轉(zhuǎn),不能向上偏轉(zhuǎn)(很多戰(zhàn)斗機或者有些民航飛機有襟副翼飛控系統(tǒng),這是把襟翼和副翼功能結(jié)合在一起了,襟副翼就能實現(xiàn)既同時向下偏轉(zhuǎn)又雙側(cè)差動控制的運動)。而且我們可以看到C919的襟翼是向后退,并且向下偏轉(zhuǎn),增加機翼面積同時還增加機翼彎曲程度,而且還明顯的開了一條縫,這樣的單塊結(jié)構(gòu)襟翼不僅制造控制簡單,結(jié)構(gòu)還輕巧,空中客車A320也用的是這樣的襟翼。襟翼下表面那幾個像小船一樣的東西叫做整流罩,它們的作用是容納襟翼的運行控制機構(gòu),調(diào)整理順機翼附近氣流,這樣的設(shè)計符合面積率的氣動修型,它在航空界還有個比較有意思的名字——“庫其曼胡蘿卜”,飛機設(shè)計師正是通過這樣的設(shè)計將空氣這種無形玩弄于鼓掌之間滴,既滿足了包裹機械運行結(jié)構(gòu)的需要,還實現(xiàn)了減小空氣阻力的目的。
大家注意到機翼下表面飛機國籍登記和注冊號B-001A的字樣了沒?不知道是巧合還是有特別的寓意,C919這個國之重器的注冊號和前不久下水的國產(chǎn)第一艘航空母艦都是001A,B是國籍標志,是國際上指定分配給中國的無線電聯(lián)絡(luò)代碼,B字頭的飛機就代表了登記為中國國籍的飛機,需要特別說明的是,不論是大陸,還是香港特別行政區(qū),還是澳門特別行政區(qū),還是寶島臺灣,民用飛機的國籍標志全部都是B,也就是從國際民航法理上,兩岸三地就是一個中國?。?!

國籍標志和注冊號之間橢圓形的蓋板是飛機燃油箱的檢查蓋板,是的,現(xiàn)代飛機的燃油一般都是裝在機翼里面的,這樣做有幾個好處:第一盡可能合理地利用飛機上各類儲存空間,從而給機身騰出更多的容納旅客以及貨物的“商載”空間。第二,在飛行中燃油的重力可以抵消機翼的升力對翼根造成的彎矩,使得結(jié)構(gòu)受力上更均衡,第三,降低采用下單翼飛機的整機重心,讓飛機更穩(wěn)定。
C919在中央翼緣條、發(fā)動機吊掛、球面框緣條、襟縫翼滑軌、垂尾對接接頭等部位應(yīng)用鈦合金。鈦合金有強度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能。比如中央翼緣條為“十”字形截面、雙曲面的整體鍛件,長2.8m,鈦合金用量達到機體結(jié)構(gòu)重量的7.3%。

圖016,C919的主起落架,有外筒和內(nèi)筒,它就像是一個裝了一半藥水一半空氣的針管,而且起落架的內(nèi)筒就是針管里面的活塞,外筒就是針管外殼,當我們飛機接地的時候起落架內(nèi)筒就會壓縮,首先由針管里的空氣壓縮減震,空氣緩緩?fù)ㄟ^針頭這個細孔“流出針管”(實際中飛機起落架內(nèi)部的氣體或者液體雖然也會通過一個小孔,但是始終在起落架內(nèi)部運行,并不向外界自由泄露,所以加了引號,這樣的例子只是能讓我們直觀感受起落架簡直支柱吸收能量的過程),當針管(起落架內(nèi)外筒之間的)空氣壓縮到底仍然沒有緩沖完沖擊能量,就接著有“藥水”(專用減震液壓油)緩緩?fù)ㄟ^針頭的小孔來繼續(xù)減震。再加上富有彈性的輪胎,充分保證起落架系統(tǒng)可以安全承載我們起飛降落時與跑道的沖擊。
起落架上這些排列有序的管路和導(dǎo)線分管很多功能,剎車液壓管,輪速、胎壓、剎車壓力以及空/地邏輯傳感導(dǎo)線,和主流干支線運輸機一樣,C919的輪胎是沒有內(nèi)胎的,它的剎車是安裝在輪轂內(nèi)碳素多盤式剎車,重量更輕,剎車效能更強。順便科普一下,一般而言,飛機的起落架上的輪子沒有動力直接傳動,都是自由旋轉(zhuǎn)的,是完全依靠發(fā)動機推力或者螺旋槳的拉力帶著飛機向前跑,而且只有主起落架上有剎車系統(tǒng)。

圖017,C919的液壓系統(tǒng)獨創(chuàng)性的引入了高壓液壓系統(tǒng),正常工作壓力達到了5000磅/平方英寸(折合351.5公斤/平方厘米),相比傳統(tǒng)的飛機3000磅/平方英寸(折合211公斤/平方厘米)的液壓系統(tǒng)可以用更小尺寸的液壓管路,小直徑的管路在液壓系統(tǒng)上就節(jié)省了很多重量,這也是未來民航客機液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。這張照片是C919的主起落架輪艙,那些排列整齊的銀色管路就是給飛控系統(tǒng)的舵面液壓管(藍色方框),我們可以看到采用全電傳操縱的C919沒有了那些繁重的操縱索系或者傳動連桿,全部舵面是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,這樣不僅降低了飛控系統(tǒng)重量,同時減少了很多運行機構(gòu),大大提升了操縱效率和可靠性。
C919的輪艙里原本是白色,呈現(xiàn)淡黃色是因為涂布了水置換型防腐劑的結(jié)果,因為起落架艙工作環(huán)境較為惡劣,結(jié)構(gòu)防腐的要求較高,飛機部件表面的涂漆一是為了防腐,一是為了美觀,而防腐還有一個手段就是在漆層上再噴涂防腐劑。C919為了降低阻力,盡可能減少開口的大小,起落架區(qū)域也是盡可能如此的設(shè)計,起落架上的板就是艙門的一部分(左側(cè)紅圈),當起落架收上后,這些板就會與機翼下表面融合,既將容納起落架的艙口封閉起來,也作為機翼的一部分來提供氣動升力。C919的機身下部也有巨大的輪艙門(右側(cè)紅圈),這個門是為了飛機起落架巨大的輪胎進出起落架艙而設(shè)計的,只在起落架收放的瞬間打開,當起落架收上鎖定或者放下鎖定后它就都會關(guān)閉與機腹貼合,最大限度的平順氣流,減小阻力。

圖018,這張圖我們不僅能看得很清楚機翼后緣的襟翼向下偏轉(zhuǎn)以及隨動的襟翼滑軌整流罩,我們還能看到在機翼上表面還有兩個應(yīng)急出口,這樣C919設(shè)計的應(yīng)急出口總共是9個,飛行機組一個,客艙們里連同我們平常進出飛機的大門一共8個應(yīng)急出口,它們可以保證在緊急情況下所有乘客90秒內(nèi)全部撤離飛機,當然,除了機身左右的前后登機門和前后勤務(wù)門經(jīng)常常打開,其他的都不能隨意亂動,飛機上所有的應(yīng)急出口不是誰都有資格打開的,除非您已經(jīng)得到授權(quán)并采用了一些隔離手段,否則一開門就會釋放應(yīng)急滑梯,所有的應(yīng)急出口都會用與機身明顯有差異的顏色進行涂裝,確保有效的救援識別。


圖019系列,這里是C919的垂直尾翼和水平尾翼,它們分別由固定的垂直安定面加方向舵和可以改變安裝角的水平安定面+升降舵構(gòu)成。方向舵,顧名思義用于控制飛機偏航操作——就是控制飛機向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)——但是,筆者必須說明:方向舵在飛行中并不是直接控制飛機轉(zhuǎn)向的,飛行中的飛機轉(zhuǎn)向是依靠副翼和升降舵的聯(lián)合操縱才實現(xiàn)的,而這個被叫做方向舵的舵面在飛行轉(zhuǎn)彎時只是用來協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎防止側(cè)滑的,聽不懂了??沒關(guān)系,我給您舉個例子就明白了,您騎三輪車的時候,車把就是轉(zhuǎn)向工具,三輪車的轉(zhuǎn)向就是完全依靠車把的偏轉(zhuǎn),使得導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)向而實現(xiàn)的,這個時候?qū)?yīng)的是飛機在地面滑行時轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)。
由于騎三輪車是硬掰車把轉(zhuǎn)彎,您會感覺到慣性將您向轉(zhuǎn)彎方向的反方向甩出去的感覺,幸虧有地面摩擦力和車架保證您不至于被甩出去,但是飛機這種在天空中運行的機器沒有地面或者其他力量的約束,就可能向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)或者內(nèi)側(cè)滑出去,這就叫側(cè)滑。
而飛機一旦到了天空飛行時要轉(zhuǎn)彎就變成快速(注意是一定是快速而不是慢速)騎兩輪的自行車的狀態(tài)了——在自行車快速前行時的轉(zhuǎn)彎并不靠車把,而是將我們的身體連車身一起同朝轉(zhuǎn)向的方向去傾斜,依靠重力的向心分量和地面摩擦力實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎,實現(xiàn)變道。這時候自行車的車把,僅僅是一個協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎的工具,我們轉(zhuǎn)彎時調(diào)整車把僅僅是為了防止我們摔倒而已,此時,我們自己身體受力是均衡的,并不會有被“甩”出去的感覺。所以說,開飛機轉(zhuǎn)彎的感覺其實和快速騎自行車最像了,唯一不同就是自行車轉(zhuǎn)向時由地面保持或者限定了高度,飛機飛行中的轉(zhuǎn)向則需要副翼所傾斜的坡度混合升降舵一起來控制自己的高度;升降舵,則用于控制飛機俯仰操作——就是控制飛機抬頭爬升還是低頭下降;而方向舵,則是用來防止出現(xiàn)向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)或者內(nèi)側(cè)發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象的。
有讀者問啦:那這樣說豈不是方向舵就沒有用了么??也不能完全這樣說,飛機畢竟是在三維的天空中飛行的,飛行是對風(fēng)影響很敏感,比如飛機在落地過程中如果有持續(xù)的側(cè)風(fēng)吹過來,就會把飛機的實際運行路線吹得偏離跑道,為了抵消這種影響飛機會把機頭向風(fēng)的來向偏一些,飛機的機頭指向并不和跑道完全平行,雖然如此,但是飛機質(zhì)心卻一直沿著跑道延長線運行,當飛機接地的瞬間或者接地前幾秒,飛行員就會操縱方向舵把飛機機頭指向“擰”到跑道方向上,然后再順跑道方向接地滑跑,這樣的情況很多人都遇到過,就是接地時或者接地前被“擰”的那個感覺,這樣的例子里就需要方向舵來控制了。在戰(zhàn)斗機或者體育運動表演機對方向舵的使用則比民航飛機多的多。
前文說的副翼和這里描述的方向舵、升降舵一起構(gòu)成了C919的主要操縱面,而襟翼、縫翼、擾流板則是飛機的次要操縱面。
尾部的這個門是后登機門,這個就沒啥特別要說的了,大家請注意,圖019-2的紅圈處的幾個紅點是水平安定面的運行范圍,C919采用了干線民航客機主流的氣動布局,因此,飛行中水平安定面是可以實時改變安裝角來實現(xiàn)在飛機上起到一個“配平”的作用,啥是配平呢?我給您舉個例子,買菜使用的桿秤您見過吧?飛機的自身重量就相當于掛在秤鉤上的菜,飛機機翼的升力就是我們將整個桿秤提起來的力量,而水平安定面的氣動力量就是秤砣,負責讓這個桿秤平衡穩(wěn)定。飛機在飛行中,燃油是在不斷消耗的,這就意味著秤鉤上的菜會減少,客艙里的乘務(wù)員、乘客也會因為服務(wù)或者去洗手間而移動,飛機重心就會有變化,這也造成了——秤鉤在秤桿上的移位,飛機的升力會隨著飛行速度和迎角的變化也會有變化——也就是提秤的力量也會有變化,這些因素都會造成秤桿的不平衡,因此秤砣就要前后的移動來平衡整個桿系,所以,配平就是這個“秤砣”前后移動的過程,其實,您從這個力矩關(guān)系您也能看出傳統(tǒng)飛機氣動布局中存在的固有的不經(jīng)濟的缺陷了吧??雖然整個桿秤系統(tǒng)是平衡的,穩(wěn)定的,安全的,但是飛機重量是向下的,秤砣重量也是向下的,只有提秤的力量是向上的,也就是說機翼產(chǎn)生的升力是一個人挑兩桶水的狀態(tài),很累。而我國自行研制的殲十戰(zhàn)斗機是沒有尾翼的,尾翼被安排在大翼之前,同時也在整機重心之前,變成了“鴨翼”,這時候系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的,此時就變成了兩個人抬一桶水的狀態(tài)——鴨翼和大翼都產(chǎn)生向上的力量——肯定是抬水比挑水更省勁,省勁就意味著消耗能量小,整機氣動效率更高,所以鴨翼布局在中國還有個非常中國化的名字——“抬”式布局。C919是通過改變水平安定面的安裝角實現(xiàn)平尾整體產(chǎn)生的氣動力量的改變,就是桿秤上秤砣質(zhì)量大小隨時連續(xù)的發(fā)生了變化,始終保持飛機飛行穩(wěn)定,這就是配平的作用,也是平尾的重要作用之一。而且我們可以看到水平安定面和機尾結(jié)合地方是個明顯的平面,第一這是為了不要出現(xiàn)明顯的縫隙,保證運行時氣動平滑性。第二就是按照面積率進行的縮腰控制,使得氣動減阻效果明顯,C919的機頭平滑,機尾按面積率修型,一頭一尾減阻就有1%;再加上融合式小翼的2%;還有IPS一體化推進系統(tǒng)和超臨界機翼,又減阻2%。整體在氣動優(yōu)化上比傳統(tǒng)民航飛機減少了5%的阻力,這可是為航空公司節(jié)約真金白銀的設(shè)計。

圖020,C919的尾錐里面安裝的是APU(輔助動力裝置),燒鐵色的尾椎上的圓孔是排氣孔,垂尾根部向上打開約45度的小門就是APU的進氣門。APU是一個小小的渦輪噴氣發(fā)動機,也使用的是和主發(fā)動機一樣的燃油,這個小發(fā)動機主要是提供電源和壓縮空氣,電源用于給飛機系統(tǒng)供給115伏特,400赫茲的三相交流電,而壓縮空氣可以用于啟動發(fā)動機,也可以用于帶動空調(diào),這樣C919就是在地面發(fā)動機不工作時,客艙環(huán)境依然舒適怡人,而且整架飛機有足夠的電力供應(yīng),也進一步減少了對地面設(shè)備的依賴,一般來說當主發(fā)動機啟動好后,飛機上所需要的電力氣源供應(yīng)就由主發(fā)動機來產(chǎn)生,飛行員就可以把APU關(guān)閉了,如果C919在高原機場運行,APU還可以在起飛的時候繼續(xù)為飛機提供空調(diào),而減少對于主發(fā)動機的引氣損失,讓飛機更安全,更高效地起飛。
我們在乘坐飛機時,特別是在啟動發(fā)動機時就發(fā)現(xiàn)空調(diào)口出風(fēng)量好像變小了或者干脆沒風(fēng)了,這就是機組關(guān)閉空調(diào),把APU引出的壓縮空氣都被用于啟動發(fā)動機的時候啦,等發(fā)動機啟動好了,舒爽的空調(diào)氣就又會來了。

圖021,這張右后勤務(wù)門的下邊有個開口,這個開口還有兩片柵門,這個叫做外流活門,是飛機客艙環(huán)境控制的一個重要的設(shè)備。我們知道,飛機的空調(diào)有這樣幾個作用:1,溫度調(diào)節(jié),飛機是要乘坐人的,夏天地面上的外界環(huán)境溫度可以高達40攝氏度,而高空飛行又可以低達零下50攝氏度,因此,要讓乘客舒服就必須用空調(diào)對整個機艙的溫度進行控制。2,冷卻設(shè)備,飛機上有很多機載設(shè)備,這些機載設(shè)備也會發(fā)出很高的熱量,設(shè)備的冷卻就可以用空調(diào)來執(zhí)行,讓它們都在最合適的溫度環(huán)境下工作。3,這一點最重要,就是對機艙進行增壓,人類習(xí)慣了地表的大氣壓力,如果飛到高空,氣壓就會急劇減小,比如海拔5500米高度的氣壓就只剩下海平面的一半,到了C919的巡航高度,外界環(huán)境氣壓基本就剩下海平面的三分之一了,所以為了防止飛機上的人低壓缺氧,就必須為整個機艙進行增壓,所以,空調(diào)系統(tǒng)非常重要的作用就是這個機艙環(huán)境增壓。調(diào)溫、冷卻和增壓我們統(tǒng)稱為環(huán)境控制,雖然我們總說氣密座艙之類的名詞,但實際上飛機的機艙并不是絕對密封的,我們就會使用這個外流活門來對機艙的壓力進行控制,在地面的時候它全打開,機艙與外界環(huán)境相連通,壓力一致,就不會出現(xiàn)打不開門或者關(guān)不上門的尷尬;當飛機準備起飛時它就開始關(guān)閉,它的開度與機艙壓力以及與飛行高度均成反比關(guān)系,它的作動可以讓我們的機艙環(huán)境壓力始終能夠被我們乘客所接受,這也就是飛機飛到1萬多米而有些乘客用帶有氣壓高度表的手表測量高度只有不到3000米的原因——你測量的是機艙里的,經(jīng)過調(diào)整的氣壓壓力?。?!對于絕大多數(shù)人的身體而言,不高于海拔3000米的高度都是可以承受的。這個秘密就是飛機空調(diào)裝置和外流活門共同努力的結(jié)果啦。飛機的空調(diào)非常高效,保證每兩分鐘內(nèi)就將機艙里的空氣全部更換一遍,每小時全部換氣超過30次,比手術(shù)室的國家標準換氣速度還要高!


圖022和圖023,這兩張圖其實是一類,圖022是C919的后貨艙門,而圖023是C919的前貨艙門,這兩個艙門由液壓操縱開閉,機械鎖定,它們里面就是飛機的機腹貨艙,前后各一個,向外打開,里面可以裝得下LD-3準集航空標裝箱,機腹貨艙的設(shè)計可以極大地增加航空公司的收益能力,他們不僅僅把我們運輸?shù)绞澜绺鞯兀瑫r運輸?shù)倪€有我們的托運行李,以及同樣目的地的貨物,快遞,鮮活產(chǎn)品等等。
仔細看看圖023最右邊還有個小小的門,這個門是C919的設(shè)備中心,機載設(shè)備的計算機都放在這里面,是飛機的各個系統(tǒng)的控制大腦安裝區(qū)域。

圖024,這是C919飛機的機頭右側(cè),我們可以看到前起落架,黃色的飛機牽引桿,前起落架除了承載機身在地面的停放滑跑之外,它本身有轉(zhuǎn)向功能,這樣我們的飛行員就能更靈活的控制C919在地面的滑行,前起落架艙門分為兩部分,前面的和主起落架艙門一樣盡可能保持關(guān)閉來平順氣流,后半截隨著前起落架收放一起隨動,我們能看到在前起落架前方的機身下表面,也就是背后橫幅C919字樣的第二個9字中間,有一個橘黃色像子彈一樣的東西,這個是攝像頭,是專門為首飛的飛機改裝的,為了讓我們工程技術(shù)力量仔細觀察起落架的工作狀況的,這個是非標準設(shè)備,以后正式交付的C919就不會有這樣的設(shè)備了。
在前起落架附近的紅圈處是C919專門設(shè)計的沖壓渦輪艙門,這里面是一個可以收納的像風(fēng)車一樣?xùn)|西,作用就是一個風(fēng)力發(fā)電機,如果飛機的兩個發(fā)動機都失效不工作時這個沖壓渦輪就可以放出來,利用飛機和空氣的相對速度吹動扇葉,高速旋轉(zhuǎn),直接為飛機提供寶貴的電力,電力又可以帶動液壓泵,這樣飛機的操縱還是有效的,這是一項安全的措施,這個沖壓渦輪一般只能放出來,一旦放出來,空中是不能收回去的,只有回到地面才能被重新收起來。

圖025,C919的人機界面是相當優(yōu)秀的。這張駕駛艙的照片拍攝于C919的展示樣機,C919的駕駛艙采用雙人駕駛體制,配備觀察員一名,這也是目前主流民航干線客機的標準人力配置,整個駕駛艙的布局非常簡潔、信息顯示高效,配置5塊大屏幕寬視場液晶彩色顯示器來綜合顯示各項航姿、導(dǎo)航、發(fā)動機和分系統(tǒng)指示、檢查單等信息,這些綜合航電的顯示器布局是四上一下,5塊顯示屏幕硬件規(guī)格完全一致,不僅硬件上可以互相替換,其各自顯示信息可以根據(jù)飛行員指令任意切換或者由計算機控制自動切換,在正副駕駛員的兩側(cè)還配備了兩塊稍小的彩色液晶顯示器,這是C919為飛行員貼心設(shè)計的電子飛行包(EFB),這個電子飛行包盡可能降低了沉重的紙質(zhì)飛行手冊的攜帶量,用顯示器來給飛行員提供各種需要的航行資料信息。為了更方便飛行員飛行,C919在正副駕駛位置都布置了平視顯示指引系統(tǒng)(HUG),非常類似戰(zhàn)斗機的平視顯示器(HUD),我們可以理解為民機版的平視顯示器,它把最重要的飛行數(shù)據(jù)信息以及自動駕駛系統(tǒng)中的飛行指引符號投射到飛行員面前的平板玻璃上,所有的字符和圖案成像于無窮遠處,這樣飛行員可以不用低頭看顯示器了,直接在觀察外界環(huán)境的同時就實時了解飛參信息,避免了飛行員視野或者眼睛焦距的變化,這在飛行過程中最重要的進近落地階段的過程中特別是夜間落地時幫助飛行員有效安全的操控飛機。
C919整個駕駛艙有4塊大面積雙曲面風(fēng)擋玻璃,整個機頭氣動平滑流暢,駕駛艙明亮寬敞,這也對玻璃的光學(xué)效果以及機頭結(jié)構(gòu)強度提出了很高的要求,只有波音787采取了同樣風(fēng)格的造型,如此巨大的風(fēng)擋賦予了C919極佳的視野,配合上文所說的多屏液晶綜合顯示器,C919的駕駛艙界面完全是當之無愧的“玻璃駕駛艙”。采用側(cè)桿正桿操縱系統(tǒng),側(cè)桿系統(tǒng)解放了飛行員面前的空間,有效緩解飛行人員飛行時執(zhí)勤壓力,正桿系統(tǒng)也可以給飛行員更好的桿中立位置感覺。C910配備包線保護功能的4余度數(shù)字電傳飛控,C919的飛控系統(tǒng)非常高效,主動控制技術(shù)的應(yīng)用讓我們大家可以在首飛視頻中看到機長也多次在空中“松桿”,可見飛機操穩(wěn)特性極佳。而且因為是電傳操縱,操縱桿上的鉸鏈力矩是很小的,即使是女飛行員也一樣輕松操作,這對于航空公司的機組限制也降低很多。

圖026,C919客艙全長1146英寸(29.1米),可以根據(jù)客戶要求選擇全經(jīng)濟級、混合級、高密度級三種客艙布置構(gòu)型,為全系單通道,全經(jīng)濟級為168座,排距32英寸(0.8米);混合級158座,公務(wù)艙2排8座,排距36英寸(0.91米);經(jīng)濟艙150座,排距32英寸(0.8米);高密度級174座,排距30英寸(0.76米),公務(wù)艙為2+2座,經(jīng)濟艙是3+3座布局。
我們現(xiàn)在乘坐飛機都能自己選擇座位,一般而言,旅客在選擇座位的時候都會選擇靠窗(視野好,看飛行風(fēng)景或者拍風(fēng)景照)或者靠過道(相對寬敞,起身活動方便),中間座位不是很受歡迎,乘客有很強的被擠壓的感覺,而且市場上主流的民航干支線飛機同級別座位是同樣寬度,這樣就導(dǎo)致沒有人愿意主動選擇中間座位,而我們的C919不僅在靠窗和靠過道的座椅選用了18英寸(45.72厘米)的寬座椅,這已經(jīng)比常見機型的配備的17英寸座椅寬1英寸了,而且C919更是別出心裁的將3座聯(lián)排的中間座椅在全部加寬的基礎(chǔ)上再加寬了1英寸,達到了19英寸(48.26厘米),別小看這1、2英寸,立刻就讓乘客特別是中間乘客的“甬道效應(yīng)”大大緩解。從展示樣機客艙來看,C919的每一個乘客都有獨立的娛樂系統(tǒng),可以讓乘客在飛行中自由選擇自己喜歡的娛樂內(nèi)容,這些措施也是我們的C919在客艙舒適性上以人為本設(shè)計理念的具體體現(xiàn),這是完全瞄著航空市場的服務(wù)特點去的。不僅座椅加寬,客艙選擇先進的緩降下翻式行李架,這樣可以在保證足夠行李載荷的情況下讓旅客的頭部空間更寬敞,機身空間利用率更高。客艙舷窗數(shù)量更多,面積更大,客艙燈光也是LED光源,可以中央統(tǒng)一調(diào)控,也可旅客自行調(diào)節(jié),燈光明暗變化過度柔和,燈光整體色彩可根據(jù)不同飛行環(huán)境需要由乘務(wù)員進行調(diào)節(jié)。這些細節(jié)無一不體現(xiàn)了中國商飛的誠意,足夠成為可以讓旅客和飛行員們愿意選擇C919作為出行的座駕的理由了。
親愛的讀者,您現(xiàn)在對我們的C919有個更直觀的了解了吧??感謝您的一路守候,我們下次再見。