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C919上的“超临界机翼“与ARINC664网络验证技术

作者:ZongYu 时间:2023-06-02 来源:EEPW 收藏

随着的首次商业化航班成功降落北京首都国际机场,对于国产大型客机的讨论也是越来越热烈,而本篇文章,笔者就想带大家认识一下中所使用的有特点的中外技术,让大家更加深入得了解一下,我国商飞所生产的中程窄体干线客机

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202306/447299.htm

在本篇文章的最开始,需要先向各位读者明确一下,到底何为”大飞机”,大型飞机在国际航空业上定义为最大起飞重量超过100吨的运输机。我们需要先承认的是,C919的最大起飞重量大约为72.5吨,在国际标准上,其实并没有达到“大”的标准。这里我们这里所说的“大飞机”还是主要同我们自己之前的航空业相比的“大”(比如支线客机ARJ21,其最大起飞重量为40吨左右)。而目前我国真正能达到国际标准的大飞机是人民解放军空军的大型运输机,运-20“鲲鹏”,其最大起飞重量为220吨。

明确了定义,我们再来就能更加客观的来看待和分析这架国产客机C919了。我们先给C919下个定义,其属于是短程、双发、单通道民航运输机,在我国的民用航空历史上,其实是属于大型客机,但与国际上真正的大型客机,比如可以装载300人的AIRBUS A380相比,确实还是不够“大”。然而路还是要一步一步走,如今的我国航空业已经可以造出相当于空客A320和波音737-Max系列的客机,已经是巨大的进步,我们不必妄自菲薄,笔者相信,在有了C919为基础,未来我国的航空业一定可以飞得更远。

在关于C919的相关技术上,相信各位读者近期听到最多的词就是其采用了“超临界”机翼的设计,那么到底什么是“超临界”机翼呢?它对比于传统的机翼设计有何优劣呢?

在百度百科中,对于是这么定义的:是一种特殊翼剖面(翼型)的机翼。采用这种翼型设计的固定翼飞机可大幅改善在跨音速范围内的气动性能,降低阻力并提高姿态可控性。是不是看完还是觉得有一些“不明觉厉”?简单来说,,就是一种特殊的翼型设计,其目的也很简单就是可以让飞行器飞得更快。

一般来讲,飞机之所以能够飞起来,是靠机翼上下表面空气流速不同,而形成的压力差,即伯努利原理。空气流速大的地方压强小,而传统机翼的刨面形状一般是上方隆起而下方相对平顺,这样就使得飞机前行时机翼上方的气流流速大,下方的流速小,因此造成机翼上方的压强小,下方的压强大。靠着空气对机翼的压强差,飞机就被抬起来升空了。

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飞机机翼升力的产生

在飞行器以远低于当地音速的速度飞行时,传统机翼设计并无什么不妥之处,一旦飞行器开始接近当地音速,空气流体的性质就会发生一些变化。简单来讲,当飞行器以接近0.9马赫的速度飞行时(马赫数即当地音速,1马赫=1倍音速),气流经过上翼面的速度就会接近或者达到音速,而一旦空气流速超过音速,便会产生“激波“,会使得翼面的受到阻力急速上升,飞行器最终不但不会超过音速,反而会因为巨大的阻力发生剧烈的抖动。轻则增加油耗,重则机毁人亡。那么问题来了,什么是激波呢?由于笔者不是什么专业的航空器相关从业者,这里就简单打个比方:飞机在空气中飞行,就好比一个人逆着人流前进,当这个人速度比较慢的时候,前方的人流还能躲开;可是一旦这个人开始逆着人流猛跑,前方的人就很可能躲闪不及被撞到,造成一种欲速则不达的现象。所以,一旦飞行器开始”猛跑“接近音速,前方的空气也会来不及”躲开“,堆积在机翼前方变成”空气墙“,形成激波,影响飞机的正常飞行。对于来说,一般是巡航飞行在0.7-0.9马赫数的区间,在高速巡航时,十分容易达到引发激波的速度,使得大量油耗被浪费在了对抗阻力上。

为了解决这个问题,超临界翼型在1967年被美国人R.T.惠特科姆提出。这种机翼前缘较为圆钝,上部平坦,下部后缘处反凹,其目的就是为了把机翼上表面的速度降下来。这种超临界翼型在1972年首次运用在空客A300上,并取得了良好的效果。而在C919之上也采用了由我国中航西安飞机工业设计的超临界翼型,有了超临界机翼的加持,C919的最大巡航速度可以达到0.9马赫左右,可以让C919飞得更快的同时,降低油耗。

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说完了C919的骨架系统(机翼),咱们再来聊一聊C919的神经系统——飞机航电系统。

作为整个飞机的“大脑”,飞行航电的航电系统有多重要自然是不言而喻,作为我国首架的国产大飞机的C919,其航电系统采用了中外合资的生产形式,由中航工业和中电科,同美国柯林斯、霍尼韦尔、通用动力,法国泰雷兹一同研发设计。C919使用了最先进的 总线为数据主干道的航电核心处理系统,就如同人的神经系统一样,这是保证C919“头脑灵活”,“四肢敏捷”的基础。

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C919的驾驶舱

C919所采用的航电核心处理系统(IMA)是全球领先的网络化数据处理技术之一。其核心部分由两台处理计算机负责处理全机各系统的数据,承担全机信息交换中心的职能。再配合上遍布机身的16个远程数据接口装置(RDIU)和4台远程交换机,共同形成了C919机身上的信息高速公路,串联其机身各个系统。原来,飞机要是想处理飞行速度、高度这些数据,需要由大气数据计算机分别传输给显示系统、发动机、环控等系统分布处理,而现在,只需要通过机身网络,将数据汇总到核心处理计算机就可以完成任务。这种设计的好处就是高度的集成化,不仅提高了处理数据的速度,还极大减少了C919上各种线缆的长度,达到了减重的效果。

飞机在飞行的过程中,每时每刻都有有巨量的数据来回传输,因此,的选择就显得十分重要。在C919中,使用了先进的网络验证技术,这种协议最大的好处就是带宽很高,对比于原来429总线的800kps的带宽,使用了的C919可以达到800mps,足足提升了1000倍。在目前正在使用的飞机中,也只有波音787和空客A380这种先进比较新型的型号才会使用这种技术,而C919的一步到位采用了国际先进技术,势必给我国民用航电带来更加成熟先进的理念。

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总之C919的研发和成功投入运营,标志着我国航空产业进入了一个全新的时代。我们要承认与波音、空客还有很大差距,但也不用妄自菲薄。未来,以C919为跳板,我们会有C929甚至更多的大飞机,而笔者也相信,我国一定会用合资的形式慢慢补齐我们在民航技术上的短板,让我们发国产飞机飞向全球。




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