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直面挑战 加速起飞——大型水陆两栖飞机AG600研制之路

文章来源:中国航空工业集团公司    发布时间:2018-01-04

首飞成功后试飞员走下舷梯。

试飞员和总设计师黄领才。

民用航空局颁发《民用飞行器特许飞行证》。

2017年12月,中国珠海。中航通用飞机有限责任公司(以下简称航空工业通飞)总装厂房里,一架大型飞机正在进行紧张的研发和试制工作。

五年前,中共中央总书记习近平曾亲自登上这款机型的机头物理样机,关切地询问了这款以森林灭火、海上救援等需求为目标的飞机的相关情况,要求通飞加快推进大型水陆两用型飞机项目的研制、早日投入使用,他亲切地说:“在科技创新、提升整体国力方面,你们是很重要的力量。我相信你们一定会再创新的成绩!”

总书记的勉励极大鼓舞了航空工业通飞广大干部职工。

两年前,它顺利实现机身段对接,全面进入总装阶段;

一年前,它完成总装,全面进入联调联试阶段;

而今,它已完成了首飞,即将展翼翱翔于祖国的蓝天之上。

这就是大型灭火/水上救援水陆两栖飞机AG600。

怀揣初心 为国筑器

航空工业是现代工业文明的奇迹之一,飞机的横空出世,为现代社会插上了翅膀,而将飞机与“救人于水火”联系在一起,又为飞机赋予了新的使命。

AG600飞机项目是我国为满足森林灭火和水上救援的迫切需要,首次研制的大型特种用途民用飞机,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。它按照“水陆两栖、一机多型、系列发展”的设计思路,采用单船身、悬臂上单翼布局及前三点可收放式起落架,选装4台国产涡桨6发动机。全机共有5万多个结构、2万多个系统零部件、100余万个标准件。研制这么大的特种飞机,对于航空工业通飞来说是第一次;对于航空工业而言,研制这么大体量既能在陆地上起降又能在水面上起降的特种飞机,也属首次;放眼世界,类似型号的飞行器也是不多见的。

2006年初,航空工业特飞所开始着手开展水面飞行器用于国家应急救援方面的综合论证。2007年11月,正式向国防科工委上报了《大型灭火/水上救援水陆两栖飞机研制项目建议书》,拟争取国防科技工业民用专项科研工程研制项目立项支持。2009年2月25日,国务院总理签字批准项目立项;6月2日,国家工业和信息化部与财政部以〔2009〕258号文《关于大型灭火/水上救援水陆两栖飞机研制项目立项的批复》,同意批复项目研制立项;9月5日,中国航空工业集团公司正式对外宣布启动大型灭火/水上救援水陆两栖飞机研制项目。2011年初,完成了珠海研究机构建设及责任分工,对AG600总师系统部分人员进行了调整,同时在全球范围内开展招聘工作,引进技术及管理人才60余人,返聘专家31名,充实了研制队伍;10月,按照“一套班子,两块牌子;一个体系,两地运行”的原则,重新调整了航空工业特飞所/通飞研究院机构建设方案。

而今,8个年头过去了,航空人携手并进、奋力前行,遇到的艰难与险阻不胜枚举;研制团队攻坚克难,突破多项关键技术,完成了总体方案设计、初步设计和详细设计,发出所有生产数模和技术文件,完成了首飞前百余项大型试验、三千余项设备安全性试验;AG600项目共召开300余次适航审查会议,确认了数千个零组件制造符合性项目、数万个制造符合性检查工序,完成42个结构大部件的适航预检查和局方制造符合性检查,下发两千余份总装指令……从立项、设计、各大机体商联合制造,到适航挂签、总装,几乎每一步都是大型特种飞机的尝试与突破。而来自国内20个省市、150多家企事业单位、十余所高校的数以万计的科研人员也参与到了项目研制中来,和航空人一道承载起了为国筑器的神圣使命。

众志成城 砥砺前行

为顺利完成AG600飞机的研制,航空工业研究制定了“主承制商-供应商”的“大协作”模式,充分调动全国资源参与型号研制。先后任命时任航空工业副总经理徐占斌(现国家国防科技工业局党组成员、副局长)、时任副总经理耿汝光(现任航空工业顾问)、副总经理李本正和副总经理陈元先为项目行政总指挥。同时,确定航空工业通飞为责任主体,航空工业特飞所/通飞研究院为总设计师单位,先后任命陈正国、黄领才担任总设计师,航空工业通飞华南公司为飞机主承制单位。

项目研制工作全面启动后,高度重视适航工作。航空工业特飞所专门组建了适航管理机构,承担适航技术、管理与监督职能。2010年1月,特飞所与民航局上海审定中心就安全保障合作计划(PSP)条款进行了研讨,形成PSP草案;7月28日,通飞与中国民航局签署了PSP。2012年2-4月,各专业先后完成了联合概念定义;5月23-26日,先后召开了可行性研究报告评审会和总体技术方案评审会,评审认为:总体技术方案合理可行,可以转入初步设计工作。

2013年4月25-26日,在珠海组织召开了初步设计评审会。评审认为,飞机主要性能指标达到立项批复性能,可转入详细设计工作;7月5日,在上海召开首次型号合格审定委员会(TCB)会议,标志型号审定工作全面启动;11月17日,工信部召开可行性研究报告评审会,通过可研评审;同年12月,项目可研批复。

2014年9月18-19日,AG600详细设计评审会召开,评审组一致同意飞机通过详细设计评审,可以转入下一阶段工作。2015年2月8日,完成电缆安装图纸发放以及电缆线束图纸发放工作,标志着AG600项目详细设计工作全部完成;8月21日,召开了型号合格审定委员会(TCB)中间会议,确定了AG600飞机型号合格审定基础。

设计方案完成之后,考虑到飞机的质量和安全,以及欧美在技术上的垄断,飞机主承制商在全国范围内进行了“招兵买马”,确定了70多家国内供应商,其中航空工业成飞/成飞民机承担机头的制造,航空工业西飞承担中机身和机翼的制造,航空工业陕飞承担后机身和尾翼的制造,航空工业通飞华北公司承担发动机短舱的制造,航空工业复材中心承担碳纤维复合材料部件的制造,哈飞工业承担浮筒制造,航空工业起落架承担起落架系统的研制。其余主要部件和系统也由航空工业、中国航发、中电集团及国内其他大型企业所属相关单位研制。

2014年3月中旬,AG600飞机机头、机身和尾翼零部件制造在成飞民机/成飞、西飞和陕飞相继开工;9月30日,航电综合试验室完成调试;12月29日,AG600飞机首个大部件中机身在西飞下架;12月30日,完成铁鸟试验台架建设。

2015年3月13日,由成飞民机/成飞承担的AG600机头大部件在成都顺利总装下架,并获得中国民航局颁发的“批准放行证书/适航批准标签”;4月23日,AG600中后机身/后机身在陕飞下架,继而完成适航挂签;5月29日,华南公司在总装厂房打响大部件铆接第一枪;7月17日,AG600第001架机顺利实现机身段对接,全面进入总装阶段。

2016年3月,AG600第002架静力试验机在航空工业强度所西安阎良试验区完成对接装配后进入试验厂房,开始安装调试。7月23日,AG600 |001架机在珠海总装下线,12月30日,由总装中心交付试飞中心,开始各项地面试验工作。

2017年2月13日,AG600 |001架机发动机试车成功;4月25日,完成全机地面共振试验;4月26日,完成全机67%静力试验;4月29日,AG600在珠海进行了首次地面滑行试验。

为保障AG600飞机部件及总装试制工作顺利开展,2014年,特飞所/研究院各专业(部门)联合华南公司质量、工艺近百人参与了部件跟产工作。先后成立了西飞、成飞民机/成飞、陕飞、华北公司、哈飞、复材、特种所、起落架跟产队;2015年,随着总装工作正式开始,特飞所/研究院又成立了珠海现场001架总装跟产队。

在部装和总装过程中,跟产队及时协调、处理现场技术问题,在飞机试制过程中有效衔接设计与制造部门。三年来,跟产队员常年驻守在生产一线,为了配合现场装配的轮班工作制,经常晚上十一点才回到住处,有时为了配合生产需要甚至通宵达旦。他们主动发现问题,及时解决生产装配中出现的各项技术难题,对生产过程中出现的超差、代料等问题及时做出反应,迅速制定解决措施,为各部段、各系统构件、全机总装的生产、装配保驾护航。同时,为保证单据处理快速流转,提高适航协调速度,派驻人员常年在上海实时协调局方,提升了单据的审批效率,使各现场单据能得到快速落实解决。

在航空工业通飞珠海基地这样一支年轻队伍基础上,采取与传统航空型号研制不同的“主-供”模式,面对成千上万零部件,挑战如此大型、复杂特种飞行器的制造,研制过程中出现各种问题是必然的,而总装和综合试验是集中暴露研制问题的重要环节。大部件总装考验的是飞机结构设计工艺分离面对接方案的合理性,往往也是最能体现设计水平的地方,而无论从设计到跟产,都无不体现每位AG600研制成员强烈的责任心和使命感。长年累月的跟产,有的设计师延误了婚期,正值育龄的设计师延迟了孕育下一代的计划。正是靠着这种奋勇拼搏和舍得付出的精神,AG600飞机各部段得以按时、按节点交付。

珠海市历任主要领导多次到航空工业通飞珠海基地调研检查工作,要求通飞加强与珠海市相关部门的沟通,珠海市将尽力支持通飞在珠海的产业,特别是AG600飞机的研制和发展,积极打造我国通用航空产业发展的示范区。拱北海关与航空工业通飞、中航国际签署《合作备忘录》,支持民族产业发展、促进企业掌握核心技术。

2017年是AG600研制的关键年,也是航空工业进军大型水陆两用飞机领域的关键年,一场大幕已经拉开,冲锋的号角已然吹响,此刻,所有人正整装待发,向AG600首飞发起冲刺。

大胆探索 创新引领

“主-供”模式,擦亮“中国智造”牌。AG600飞机作为我国专门研制的特种飞机,采用了基于MBD技术的全三维数字化设计,它的研发与制造,肩负着提振“中国智造”的战略使命。而它主制造商的核心竞争力在哪里,一直是很多人争论的问题。

“主承制商—供应商”模式是世界大型飞机制造商普遍采用的一种研发模式。在此模式下,对系统供应商的管理能力以及对机载系统的集成能力,都被视为主承制商的核心竞争力,就像把隐藏在各个供应商的一颗颗珍珠挑拣出来串成项链。要把“珍珠项链”串起来并不是容易的事,是对年轻研制团队的巨大挑战。只有基于需求层层分解,在顶层架构上重新设计,才能得到最终的成果。

在AG600型号研制过程中,航空工业通飞借鉴国内其他民用飞机项目的成功经验,提出了相应的基于模块化、有效性管理的工艺构型管理方案,为产品数据管理(PDM)系统中计划物料清单(PBOM)的管理提供可行方案;实现了供应商工程更改控制及主制造商内部工程更改控制的方案及构型纪实控制,为AG600及我国“主-供”模式下大型通用飞机研制的构型管理奠定了基础。

数字化协调技术和低成本对接工装,让大飞机总装更精准。作为AG600主承制商单位,不仅要降低生产成本、提高工作效率,还需要管控所有机体供应商部件的装配技术协调。为保证结构装配的协调,华南公司全面采用了数字化协调装配工艺,研制了6套标工和7项协调数据集,满足了大部件装配协调要求,经过飞机总装验证,所有协调部位均满足设计要求,表明研制团队初步掌握了大型飞机数字化结构装配协调技术。

在进行AG600飞机大部件对接工装研制过程中,华南公司综合考量飞机的产量和生产速率,提出并研制了低成本半自动柔性对接工装,简化了总装对接工装形式,大幅度降低了飞机大部件对接工装的成本。

AG600飞机总装阶段需要进行三段机身和中央翼、外翼、尾翼等大部件的精确对接工作,在大部件对接过程中,华南公司成功解决了大部件对接测量基准规划设计、大型异形机身对接面工艺协调、部件姿态调整、大部件数字化测量以及全机对接质量综合评价方法等多项难点,成功完成了AG600飞机大部件对接工作,全机测量结果符合设计技术要求。

欲善其事,先利其器。一个飞机型号的铁鸟试验室建设,本应该是很花钱的,但AG600飞机的铁鸟试验室建设费用却不到5千万元。为了能少花钱办大事,铁鸟试验室的建设者绞尽脑汁,精打细算,极力精简。同时,团队成员加班加点,各专业高度配合,仅用时9个月,就完成了铁鸟试验室所有试验件的安装、调试工作,保证了AG600铁鸟首飞前试验能够按期开展。仅用5个月时间完成了AG600铁鸟19套设备设施的验收;在100天的时间里,完成了操纵系统、液压系统、起落架收放系统等共计270多项试验,为AG600飞机首飞提供了坚实保障。

航电构建智能化“神经”系统。航电综合试验室历经3次公开招标,最终以国内同级别航电综合试验室建设成本的三分之一,圆满完成项目建设。试验室承担的功能达到国内同等水平——系统仿真、开发与综合、测试验证、适航验证、机上地面试验支撑、试飞试验支撑等,已经过航电系统C型件集成测试、航电系统与机电系统联试试验以及航电系统S型件回归测试等3项大型试验的验证。截至目前,航电试验环境运行稳定,功能达到预期设计要求,并持续为AG600型号研制提供地面保障。

起落架创国内最高、最复杂的单支柱起落架纪录。滑行是飞行的前奏。对民机而言,在完成首飞前要经历低、中、高地面滑行试验以验证滑行震动状态下机体结构、各系统工作是否正常,飞机刹车效率以及滑行中的转弯能力和保持直线滑行的能力。AG600飞机底部为船底外形,机翼为上单翼。为保证船身式机体的水动性能和不破坏汲水舱的底部结构设计,主起落架不能像其他运输机或民航客机收藏于机腹或机翼内,而是收藏于机身侧面主起落架的整流罩内。悬臂外伸式高单支柱起落架布局对气动外形、滑水性能、飞机侧翻角、收放运动机构设计提出了很高的要求。设计过程中,通过风洞试验、水动试验等,不断优化,使起落架收藏空间尽量紧凑,最终确定了整流罩外形;通过CATIA三维建模及运动仿真技术,不断优化起落架收放机构的形式及收放路径,最终确定了主起落架收放机构的形式及收放路径。同时,为满足AG600飞机的水陆特性,机轮刹车严格考虑防水密封,防盐雾腐蚀;具有良好的湿态刹车性能,刹车装置采用碳/陶刹车盘,目前在大吨位飞机上应用还是首次。

船体结构助力上天入海。作为一款主要用于执行灭火及水上救援任务的四发涡桨综合救援飞机,采用单船身、高上单翼,T型尾翼、前三点式起落架设计。

飞机在水面高速滑行和自由起降,需要克服强大的水阻力和波浪干扰,这是船身设计首先需要考虑的技术难题。借鉴船身外形设计机身是第一步,工程人员将机身下部设计成“V”型船身设计,从机头到机尾呈多曲变截面形状,这是AG600飞机最大的特征。它能使飞机像船一样在水面自由漂浮而不倾覆,具备良好的横向稳定性。同时为了克服飞机在水面滑行过程中出现不可控制的“海豚运动”和弹跳、摇摆情况,飞机船身采用大长宽比设计,这极大地降低了降落时水面载荷对船身的冲击,提高了水上飞机在水面滑行时纵向稳定性。

AG600飞机能在水面上快速短距起降,还有一个重要设计——断阶。通俗地讲,断阶就是水面起飞减阻并离开水面用的台阶,即飞机起飞离水时使飞机更容易脱离水面的一种结构设计,采用这样的设计能使得机体后部有足够的空气流通量,消除后部机身上下表面压差,防止离开断阶的水花升起或依附于后滑行底面从而增加摩擦阻力。

同时,作为一款具备灭火功能的飞行利器,AG600飞机配装有快速汲水系统。只要有广阔的水面,即可在滑行时最快20秒内汲满12吨水,缩短灭火过程中的准备时间。同时,为了提高飞机水箱取水的便捷性,还设计了可以地面注水系统,从而实现快速反应、灵活机动、高效灭火,满足森林灭火“打早、打小、打了”的特殊要求。

攻克气水动布局难题,打造高水平设计团队。为满足AG600飞机的总体设计要求,在气水动布局设计中,设计团队大量采用了系统工程设计方法和气水动布局综合优化设计技术。在飞机总体/气动/水动/结构布局一体化设计、翼身组合体气水动布局的优化设计、高升力机翼/襟翼/动力装置的综合优化设计、机身/船体气动外形的综合优化设计等核心设计中大胆创新,通过多方案权衡迭代与优化,气水动特性影响因素的建模与综合分析优化等项目攻关,完成了AG600飞机的气水动布局设计任务,达到了顶层设计要求。

通过AG600飞机气水动布局的设计与创新,不仅满足了大型水陆两栖飞机的顶层设计需求,也使得设计团队得到了锻炼和提升,为将来我国大型水陆两栖飞机的灭火和救援任务能力的提高打下了基础,同时填补了我国大型水陆两栖飞机研制领域的一个空白。

薄壁扭曲高筋整体壁板喷丸技术,刷新研制新纪录。AG600飞机机翼壁板首次采用新型铝合金材料,具有蒙皮薄和筋条“弯”“扭”大的特点,喷丸成形极具挑战性。接到此项任务后,承担机翼制造的西飞快速成立了“AG600机翼整体壁板喷丸成形工艺团队”,由型号总工艺师牵头,系统开展应用研究,产学研一体集智攻关。

为了攻克难关,壁板喷丸成形负责人高国强带领技术骨干扎根研制一线,了解第一手情况并反复研究对策,进行问题揭摆、分析,与团队成员畅所欲言,集思广益,将问题一一罗列并逐一梳理,经过连续一周的头脑风暴,最终拿出了一致认可的解决方案。

为了按节点顺利完成项目攻关任务,大家心往一块想、劲往一处使,拧成一股绳,完成了三筋件和典型件大扭转外形喷丸成形试验,获得大扭转外形喷丸成形基本方法,实现了成形技术的关键突破,完成了001架单机共17块机翼壁板装机件的制造研制,有力保证了型号的研制。

首飞前的突围

2017年4月29日,AG600首飞机组按滑行任务单进行了滑行,并实现了180度转弯,这标志着AG600首次滑行取得了圆满成功,为接下来的滑行试验及首飞工作奠定了坚实基础。正是航空人吃苦耐劳的职业精神和勇于争先的团队精神,支撑着这架飞机在这么短的时间内完成了一项又一项任务繁重的试验与攻关,他们也用自己的行动践行着“航空报国”的责任与担当。

联合党支部为首飞添翼。研制团队始终注重发挥航空工业协作单位集体的力量,在AG600研制最紧张的阶段,为充分发挥党员的先进作用,各协作单位在AG600研制现场的工作团队成立了联合党组织,有效增强了各团队的凝聚力,促进了来自各方的参研单位的协作与配合。负责制造的华南公司党委与负责设计的研究院党委成立联合党组织开展共建,设计人员到装配现场进行办公,有效促进了研发单位与制造单位的沟通和协作;华南公司静力试验机装配现场工作组与航空工业强度所八室党总支结成友好共建对子,成立现场工作临时党支部,签订共建协议书,002架静力试验机装配工作顺利完成275份装配指令的实施;华南公司还与陕飞、中航光电等单位成立联合党组织,在各项急难险重任务上,发挥党员带头作用。此外,华南公司内部也成立了联合党支部,促进AG600的研制工作。联合党支部通过“结对子”“突击队”等形式,发挥支部与支部、党员与党员、党员与非党员之间的协同作用,共同克服试飞准备过程中的困难和问题。共结成对子10对,每队均包括3个单位的人员,主要解决不同专业领域沟通不畅的问题;结成突击队4个,主要解决突出的困难和问题。

联合党组织建设,有效弥补了不同单位之间沟通和协作上的不足,不同单位的党员在共同的联合党组织中并肩作战,攻坚克难,冲锋在前,充分彰显基层党组织的战斗堡垒作用和共产党员的先锋模范作用,为首飞做出了最大努力。

专家支援团队助力型号研制成功。AG600飞机进入总装后,生产现场时间紧、任务重,为确保科研生产任务如期完成,航空工业所属各相关成员单位积极援助,给予项目研制成功大力支持。2016年4月20日10时,航空工业通飞珠海基地迎来了第一批AG600项目工作的支援团队——珠海中航赛斯纳的9位技能骨干和5位技术人才。他们带着新技术、新理念,与华南公司装配中心携手同行,共同开展AG600项目攻艰工作。4月24日,陕飞AG600专家支援团队由项目负责人于宏亲自带队、一行13人抵达珠海。他们的总装研制团队平均年龄超过50周岁,年龄最大的已经65岁,每天与华南公司的年轻员工一样加班加点,结合多年大飞机的制造经验,提出了许多好的建议和方法。6月8日,哈飞支援团队一行5人抵达珠海,分配到华南公司装配中心结构班组,直接投入生产中;6月13日,中航光电支援团队一行13人抵达珠海,承担起全机电缆检测和导通。

机头交付至华南公司后,为了解决异地协调不便等困难,成飞民机/成飞派出技术团队长期驻守在珠海总装基地,保障首飞机的研制工作,完成现场导管取样和电缆工作条件协调审查等工作。

试飞保障团队为首飞护航。一般来讲,试飞机务的主要工作是要了解设计人员的设计原理及总装人员的装配方法,从而保持飞机系统维持在设计预期效果。去年年底以来,AG600飞机陆续完成了各系统通电/功能检查、测试改装及调试、机上地面试验、全机共振试验等工作。针对首飞前的滑行试验,召开了首次滑行前评审,组织了实习演练等滑行前准备工作。一系列工作为首飞奠定了基础,也锻炼了这支年轻的试飞保障团队。

2017年2月11日,AG600发动机正式启封,时间紧任务重,为了保证首次顺利试车,加班成了家常便饭,通宵达旦更是常有的事。为验证发动机各项功能,试飞保障团队连续两周进行多次试验,共完成了发动机冷转、人工顺桨、应急顺桨停车、气源系统功能检查、空调系统功能检查、防冰系统功能检查、操纵系统功能检查、无线电系统干扰检查、电磁兼容试验、气象雷达校准等多项工作。

为保证首次滑行的时间节点,机务团队要进行滑行前操作系统可靠性验证,完成300次襟翼系统收放。白天要进行其他系统功能检查,晚上做襟翼收放。经过六个夜晚的通宵工作,终于顺利完成了襟翼可靠性试验。

在首次滑行之前,机务必须提前完成保障设备转运工作,他们每天早上4:30上班,转运飞机至滑行场地,并做好滑行前准备,等待飞行员接收飞机滑行。滑行中要进行轮胎测温,如果遇到超温现象还要给轮胎降温。珠海的4月底已进入暑季,白天烈日高照,机务的年轻人顶着烈日,一晒就是一天,暴露在外的皮肤晒得脱了皮,就穿起长袖工装。高温酷暑之下,流下的汗水又钻进了晒脱皮的地方,晒伤的地方又疼又痒。他们就是靠着这股子精气神儿保证了AG600首次滑行,也为下一步的试验试飞积累了工作经验。

坚定的国家意志、丰富的行业内资源、优质的人才队伍以及接受过型号锻炼而又拥有未来的年轻一代设计师、工程师、保障团队……为这架梦想之翼展翅翱翔增添了动力,我们等待着AG600飞翔在祖国的海天,我们也期待着中国通用航空大发展时代的到来。

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