“隐形的翅膀”

作者: 王秦怡 杨学义

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2022年7月18日,C919停在陕西某机场。

当《环球人物》记者走进北京航空航天大学(以下简称北航)教授杨超的办公室,首先映入眼帘的,是摆放在书柜上方的将近20个飞机模型。C919、歼-20、运-20……每一架飞机,都凝结了他的心血,“记得在国庆70周年大阅兵的时候,看到天安门上方战机飞过,感慨万千。一方面为祖国骄傲,另一方面,这些飞机大多与我相关,内心真是由衷地自豪!”

当杨超在北京进行教学和研究工作时,远在西安的张晨光正在航空工业西飞机翼装配厂(以下简称航空工业西飞),日复一日严格地将专家们构想的蓝图变为现实。他的父亲也是一名航空人,“我父亲在航空工业西飞从事机翼装配。我一出生,身边所有的人和事,几乎都跟这里有关。”比父亲更幸运的是,张晨光装配的机翼,即将载入国产大飞机的发展历史。

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2022年11月6日,杨超在北航办公室接受本刊记者专访。杨超伸手指的就是中国自主研制的系列飞机模型,其中很多都有他的参与。(本刊记者 王秦怡 / 摄)

C919首席试飞员赵鹏与张晨光有共鸣。他的父亲是嫩江航空护林飞行观察员,小时候,赵鹏就坐在机场边上看飞机,拿着飞机模型在小山包上比比划划,简单的动作也能玩上一整天。有时,父亲还会给他个惊喜,抱着他一起到飞机上飞一圈,遇到气流颠簸,他也从不害怕,反倒觉得好玩。现在,他早已接过父亲的接力棒,驾驶满载国人期盼的国产大飞机。

他们的故事各不相同,却殊途同归。他们所做的一切,都是为了C919早日翱翔在祖国的蓝天……

“今年可能有个重大事件”

杨超,今年56岁,C919气动弹性专业技术方案论证专家。

对他而言,C919启动研制的消息,最早是在2008年5月传来的。那时中国商飞在上海成立,成为我国实施国家大型飞机重大专项中大型客机项目的主体。中国商飞亟须一大批专业的航空人才,因此成立了大型客机联合工程队(以下简称工程队)。一时间,全国47家单位、共计468位专家从四面八方涌来,奔赴上海。其中就有杨超,他是北航工程队队长。

任务相当紧急,在当年年底,他们就要拿出一份大飞机项目总体技术方案来。不过,为了这一刻,这些人等待太久了,他们没有觉得压力大,反倒是多年间那种使不上的劲儿突然被派上了用场,于是将这些精力毫无保留地用在了项目里。

“从1985年运-10项目搁置,到2008年我正式参与C919,中间一晃20多年过去了。”提起奔赴上海的那一幕,杨超依然双眼发亮、心潮澎湃:“一个大飞机项目从立项、设计到交付使用差不多也是20年。人生能有几个20年?不得不说,我们比前辈幸运多了,这样一个重大的历史机遇,被我们这一代人赶上了!”

在求学、毕业、任教的漫长生涯里,杨超一直听老一辈讲起运-10的往事。老一辈的夙愿,需要新一代人弥补和实现。“我们刚到上海时,工作环境不算很好,但我们所有人都有满腔热血,没人计较这些生活上的事情。”工程队队员住在上海一家航空宾馆,工作地在上海大场镇的飞机制造厂,他们每天从宾馆坐班车到厂里,需要近1个小时的路途颠簸。每天中午,大家就在厂里领盒饭吃。参与联合论证的很多人都是来自全国各地高校的老师,日常还有教学任务,所以经常在一周内转战两个城市。“我一般是周一上课,周二在北航开完院务会就从北京赶到上海了,有时周末也不回家,留在上海抢时间。”杨超说,那段时间虽然很忙,但大家都觉得投入到这样一个国家工程里,是无上光荣。

在论证伊始,工程队确定了国产大飞机的对标产品,即当时全球民用飞机市场份额最大的两款机型——波音B737系列和空客A320系列。他们的努力目标,就是要研制150座以上的单通道窄体客机。

实现这一目标,在当时看来有些不可思议。想要做出一份最好的大飞机项目总体技术方案,涉及各种学科之间的交叉、衔接,需要全国好几百名科研人员之间的团结协作、紧密配合,是一项极为繁重的任务。工程队先是按照总体气动、结构强度、飞行控制等大专业,将468人分到了若干个大组里,每一个大组又按小专业分成小组。杨超记得,在一个大房间里,有十多个小组分头讨论,每个小组10人左右,“有时候我们这个小组讨论得差不多了,就和邻近的小组碰头,有时候是三四个、七八个小组一起碰”。小组内经常要形成几份方案,为的就是应对碰头时遇到的不同情况。

这个过程,不是简单的加减法,而是“你中有我、我中有你”的融合过程。“大飞机是一个整体,我们这个过程就是将错综复杂的多学科糅合成一个大的整体。”杨超说,这个过程自然会充满相互碰撞、讨价还价。有的时候,据理力争、无奈妥协和相互拉扯也是有的。“经常出现的一种情况是,我们按照自己专业的理解设计出的方案,其他小组认为对他们不利,产生了负面影响。这个时候,我们就要相互商量了——什么负面影响?影响多少?我让多少?你让多少?让多少能让彼此接受?”

“自己的成果被推翻,向别人妥协,一定是个失落的过程。”《环球人物》记者对杨超说。

但杨超总能够看到积极的一面,他首先想到的是全局:“无论多失落,碰了飞行安全的红线,必须得认,搞科研设计就是这样。后来就有经验了,我现在也经常和学生说,一定要和其他专业的人多沟通,不能闷着头自己干。离你的专业越远的领域,你越不熟悉。有时候,别人对你的方案提出一个约束,可能就是致命的。”

在所有的小组中,杨超所在的小组属于比较亮眼的一个。小组由五六个人组成,都是结构强度这个大专业下的气动弹性小专业,这被认为是C919攻关的十大关键技术之一。

气动弹性是一项复杂的专业系统。简单来说,有时一阵强风或者突然的乱流,都可能导致飞机飞行不稳。尤其是当飞行速度超过颤振临界速度以后,飞机甚至会直接解体,而增加飞机结构重量从而提高结构刚度,可以部分抵挡这种来自气流的可怕力量。自20世纪30年代英国“蛾”号飞机失事之后,科学家们逐渐意识到气动弹性的存在,开始投入大量精力,试图找到颤振临界速度,并不断减小这一数值的预测误差范围。

颤振临界速度的预估精确度直接关系到C919的经济效益。“把预测误差减小以后,降低飞机的结构重量才有把握,否则不敢减重。其实绕到最后,一是结构要轻,一是外形要好,这样才能省油,容易被市场所接受。”面对记者,杨超几句话就轻描淡写、通俗易懂地带过了,但实际上,他和其他小组成员要翻阅大量的书籍,反复推算,反复验证,不断提高颤振临界速度的精确度,最终完全满足了国际通行适航标准。

他需要做的,是从国内外卷帙浩繁的技术材料中筛选出最有用的信息,“一本一本看来不及,有的一看题目就过去了,有的要仔细看看摘要,还有些早上从资料库借出来,当晚就得还回去,但放到案头的资料少说也有上千份”。

除了技术资料,杨超还特别注意挖掘公开资料中透露的信息。比如,国内外适航条例、飞机失事后的调查报告、飞机遭遇故障的报道中, 经常隐含着飞机设计需要注意的问题。“发生什么故障了,飞行员怎么处理的,有没有明确的结论,是不是我这个专业方向的问题造成的,我在方案设计上能怎么规避”,这些都是杨超格外重视的。有时公开材料未给出结论,这些问题就像视频弹幕一样,在他的脑海里转个不停,即便睡觉也依然在转。

经过不懈努力,大型客机项目联合论证终于在2008年12月完成,杨超所在小组就气动弹性专业形成一份技术方案。那些他曾经反复翻阅的资料、苦苦思索的问题,最终落到技术方案上,可能只凝练成了一个数据、一两句话。但在接下来的十多年里,这些数据和描述对C919起到了重要作用,为C919的试验设计、生产和试飞的各个阶段提供重要支持。C919在陕西取证试飞时,杨超也赶到了那边,试飞中有任何疑问,论证专家需要当场给出本专业方面的解释,提供支撑性的技术报告。

大约从2020年起,杨超就预感到,C919距离最终交付使用,只差临门一脚。每年春季给学生们上课时,他总要忍不住表达一些期待:“今年可能有个重大事件。”可惜受突如其来的疫情影响,C919试飞、取证的进度几经推迟。直到今年9月,C919终于取得中国民航局型号合格证,并将于年底交付使用。今后,“我对学生们说的就不再是预言了,而是一段引以为傲的光荣历史!”

留在手套上的浪漫

张晨光,今年41岁,C919机翼装配铆装工。

对于飞机来说,机翼相当于鸟儿的翅膀,飞机之所以能在天上飞,靠的就是机翼产生的升力。除了为飞机提供升力,机翼还有许多辅助功能,比如,机翼两个大翅膀下悬挂着发动机和起落架;机翼内部空间小,用来装货物偏小,于是设计师们把油箱装到了机翼中去。

张晨光就承担着稳固翅膀的任务。2013年,他开始参与C919的机翼装配工作,而且装配的是首架由图纸变为现实的C919大飞机。

C919机翼上很少能找到连成一大片的整块零件,多是零零碎碎的小零件,单是翼盒内用来上紧零件的小孔就达8000多个。“我要做的,就是构筑飞机翅膀上最坚固的关节。”张晨光说。

“零件一多,零件与零件之间的协调问题就会变多。因为每个零件的允许误差有上偏差和下偏差,如果这一批次的零件都偏上或偏下,机翼整体结构的积累误差就会变大,可能不满足精度要求。”张晨光说,随着零件增多,他的工作难度也随之成倍地增加。大飞机对装配的精度要求很高,高到什么程度呢?如果发现整体误差超出范围,他要在零件之间塞入薄薄的垫片,这种垫片最薄只有0.08毫米。塞完之后,他还要用塞尺查看间隙,不能超过0.2毫米。

2001年,张晨光从西飞技术学院毕业,追随父亲进入航空工业西飞。做如此精细的工作,需要的是超出常人的耐心。他所在的厂房,是一个有5层住宅楼高、200米宽的开阔空间,为了避免温差太大,厂房内温度常年保持在20℃左右。营造一个如此稳定的环境,就是为了让装配工作更精细、更准确。

“整个流程中,哪个难度是最大的?”《环球人物》记者问。张晨光说,是用吊车将前梁、后梁等机翼大部件装调到外翼总装型架上。这一步几乎算是整个流程的最后一步,前面种种抽丝剥茧的精密装配工作都做了,人的心态已经发生了一些变化,恰恰最容易前功尽弃。

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2022年2月,张晨光在航空工业西飞机翼装配厂工作。(受访者供图)

这是一个非常缓慢的过程,即便做得快,也至少要花上一整天。“用吊车装调时,全靠肉眼在旁边看,‘往左一点’,‘再往右一点’,‘高一点’……喊大半天,才能把几十个孔全对上。很难,一不小心就磕碰了。”这些磕碰常人用肉眼不一定能看出来,要凑近、凑近、再凑近来看,但哪怕是指甲盖深的碰痕也需要再做详细试验。磕碰是否损伤到关键零件,接头是否产生内在裂痕,结构强度是否受影响,等等,都得用试验数据说话。只要出现一项不合格,就意味着零件报废了,得推倒重来。

张晨光也要为提高生产效率付出努力,因为他们的效率直接影响到C919的问世时间。为此,他常常和研发人员讨论设备、刀具以及参数的合理性。2018年,C919数字化生产线机翼翼盒自动制孔设备(以下简称设备)上线前夕,张晨光看完设备的编码程序就觉得不行。如果按这套程序,设备一个一个制孔,完成一块壁板需要花费15天时间。经过反复讨论,张晨光和团队找到了关键孔的位置,重新编辑出一套程序,在保证精度的同时,将一块壁板的制孔时间缩短为3天。

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