5月4日，國產大型客機C919的101架機停靠在位于中國商飛公司祝橋基地的試飛中心內。這是我國自主設計研制、具有國際主流水準的干線客機，將于5月5日完成首飛。

    5月4日上午，C919的總設計師吳光輝還在基地的機庫內忙碌著，首飛的日子就要到了，作為總設計師，吳光輝的心情既激動又平和。

    “首飛是一款新型飛機研制的重要節點，我作為設計師十分激動，但同時我又要不斷提醒自己要冷靜下來，多想一想，首飛中還會出現什么問題。”吳光輝說，“整體而言，我們的試飛員做好了充分的準備，前期的滑行試驗也比預想的好。”

    走進機艙內，吳光輝向記者介紹了C919的設計由來與技術突破。作為總設計師，C919大到外形構造，小到系統接口都深深刻畫在自己的頭腦中。

    自主設計，對于一架飛機意味著什么？吳光輝告訴記者，擁有完全自主知識產權是針對飛機整體設計來說的。這主要體現在三個方面：第一，根據市場需求，設定設計方案。“我國已經有了新支線客機ARJ21，原本我想設計更大的飛機，但經過市場調研，150座級的客機是市場上的主流機型，市場前景最好。因此，我們以首先滿足國內市場需求為導向選定了這個機型。”吳光輝說。

    第二，零部件供應需符合設計方案。C919的供應商來自全球，其中不乏同樣為空客和波音的供應商，而需要什么樣的零部件，對其有怎樣的技術要求，這是由中國商飛決定的。“供應商可以來自全球，但零部件的供應需符合飛機設計的要求，這體現出我們的自主權和決定權。”吳光輝說。

    第三，系統集成掌握在自己手中。一架大型客機是復雜的系統集成工程，不同的系統集成在一起需要滿足哪些要求，這一控制方案掌握在設計團隊手中。“中國商飛的知識產權也體現在對系統之間的集成控制上。C919飛機上有幾百萬個接口，這關系到液壓、航電等多系統之間的關聯，絕不是簡單的拼接，如何關聯，就取決于飛機的設計方案。”吳光輝說。

    飛機設計研制是一項科技攻堅的大型工程，為此中國商飛公司團隊實現了102項關鍵技術攻關，主要涉及氣動技術、新材料、強度設計等方面。

    吳光輝說：“C919設計研制中有多項重大技術突破，比如超臨界機翼的設計。飛機設計，氣動先行，機頭、后體的設計也關系到飛機阻力的減小，但機翼的設計決定了飛機的性能，是最為關鍵的。我們第一次自主設計超臨界機翼，就達到了世界先進水平，得到了國際同行的認可。”

    此外，新材料的應用是C919的一大亮點。“C919是第一次大范圍采用鋁鋰合金的機型，我們為此經過了10年的探索，鋁鋰合金的供應商是按照我們的要求改善了材料的特性，使之能夠更好地適用于C919飛機。”吳光輝說。

    飛機的性能究竟如何，還有待于在實際的飛行試驗中進行檢驗。首飛完成后，C919將進入適航取證階段，接受各項飛機適航的測試考驗，為敲開市場大門做準備。

    吳光輝說：“C919是在一個合適的時間，以一種正確的模式，推出的一款高水準的產品。C919首先是要滿足我們國內的航空運輸需要，因為中國是全球最大的民航市場，飛機需求最多。立足國內市場，面向全球市場，這是我對C919的定位。從設計航程看，C919可以滿足中國任何點到點的飛行。”

    吳光輝參與過我國多款主要機型的設計工作，而他認為，C919是最先進的，相信也會是最成功的。“我希望，也期待著，C919能夠受到市場的追捧，希望它能夠成為一款明星飛機。”

    C919首飛這五個問題你可知？

    C919將于今日首飛，這一“飛”牽動億萬國人的心。那么關于首飛，你又了解多少呢？首飛對于飛機來說為什么那么重要？記者為你整理了這五個問題，快跟我們一起來看。

    問題1：啥叫首飛？

    首飛是指一架新制造的飛機首次離地飛行？是的！每一架飛機均有首飛，但新型號首飛的特殊意義在于，既是由設想變圖紙、圖紙變實物、實物能飛行等一系列工作鏈中的重要環節，又是新型號由靜止到運動的轉折點和新型號誕生的一個重要里程碑。

    問題2：首飛對天氣有啥要求？

    首飛要看“天意”，能見度不低于5～7km、沒有低云和側風時，適合飛行。 一般輕型飛機的首飛時間不超過30～40分鐘，大型飛機為1～2小時。

    問題3：飛行員有啥要求？

    “熟能生巧”也適用于飛機首飛。擔任首飛的飛行員，不僅要有豐富的經驗，還要對飛行任務充滿信心。C919“處女航”試飛團隊有5名成員：機長蔡俊、副駕駛吳鑫、觀察員錢進、試飛工程師馬菲和張大偉。其中，機長蔡俊的總飛行時間已達10300小時，而觀察員錢進的總飛行時間則高達22000小時，都是很有經驗的老飛行員。

    問題4：飛機首飛時有哪些“小跟班”？

    飛機首飛不是一次“孤獨”的飛行，還有一個伴兒——伴飛飛機。在空中，伴飛飛機會對首飛飛機進行實時觀測、記錄飛行數據、拍攝照片和視頻，一旦出現任何問題，伴飛飛機的機組人員將立即向首飛飛機的機組人員發出警告，向地面管控人員報告，并引導首飛飛機安全降落。它還將監測首飛的空中環境，確保不會有其他飛機闖入首飛的飛行線路，并杜絕任何竊密的隱患。

    問題5：民用飛機首飛有經濟效益嗎？

    不是任何一架飛機的首飛都會公開的，軍用飛機首飛要嚴格保密。對于民用飛機來說，首飛是其在市場中的重要亮相和曝光機會，將帶來巨大的商業效益。C919目前獲得全球23家用戶570架訂單，首飛后或將繼續收到訂單，賺取外匯！

    延伸閱讀

    鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇

    在航空工業，飛機的研發制造離不開材料的支撐。鋁鋰合金與碳纖維復合材料是新時代飛機的主要用材。近年來，航空用碳纖維復合材料的面市，對傳統鋁合金材料在航空工業的應用帶來一定的沖擊。面對航空碳纖維復合材料的崛起與競爭，以美國鋁業公司為代表的鋁企針對碳纖維復合材料的弱項，成功開發出了第一代2099鋁鋰合金。它與碳纖維復合材料相比，其氣動性更好、防腐能力更強、質量更輕，在制造、運行、維修成本上更低。據了解，鋁鋰合金的生產成本僅為碳纖維復合材料的10%。在新型飛機設計制造中，采用鋁鋰合金可使飛機鋁合金零部件的質量減輕14%-30%，鋁鋰合金已成為新一代航空飛機的關鍵性結構材料。目前，各國先進的戰斗軍機和民用飛機越來越多地采用了鋁鋰合金。

    在國外，空客A350創新性的采用了鋁鋰合金制造機身蒙皮與地板結構，其用量為機身重量的22%；A380機身蒙皮、地板梁、機翼前后緣均使用了鋁鋰合金；在龐巴迪C系飛機中，先進鋁鋰合金材料部件已經占到飛機材料總量的20%；波音787和EH101多用途直升飛機也大量采用了鋁鋰合金。

    在國內，中國商用飛機有限責任公司制造的C919大飛機主結構材料中，鋁及鋁鋰合金占比65%（約14噸），鋁鋰合金在C919大飛機主結構材料中首次應用且用量較大。由中航洪都飛機公司制造的C919機身前部等直段部和中航西安飛機公司制造的C919大型客機中機身和副翼大部件均大量采用了先進的第三代鋁鋰合金板。據了解，C919大飛機用第三代鋁鋰合金來自美國鋁業公司達文波特軋制廠。

    目前，全球航空鋁合金的焦點是先進鋁鋰合金的研發與應用。據北京佰匯調研數據顯示，美國鋁鋰合金生產能力約10萬噸/年，其中美國鋁業公司生產能力達到約5.5萬噸/年，既是美國也是全球鋁鋰合金產能、產量最大的生產企業。

    盡管美國鋁業公司鋁鋰合金產量居全球首位，但仍在對鋁鋰合金進行擴能。美國鋁業公司在拉斐特建立了世界產能最大的鋁鋰合金生產工廠，用來生產第三代鋁鋰合金部件。2013年中期，美國鋁業公司完成了位于英國基茨格林工廠鋁鋰合金產能的擴張；對達文波特軋制廠的鋁鋰合金板生產線進行了改擴建；對印度安納州拉斐特擠壓－鍛造廠的鋁鋰合金生產線進行了擴建。

    美國肯聯鋁業公司的法國沃雷普研發中心研發出一種名為“AIRWARE”新型鋁鋰合金，據介紹，AIRWARE是應用于航空航天領域一種具有革命性的鋁合金新材料。它是將鋁與鋰、銅、銀等其他金屬融合，從而獲得這種新合金。據北京佰匯了解，AIRWARE可為飛機制造帶來四大優勢：一是比傳統鋁合金材質輕25%，因此，能夠優化結構部件的設計，并減少二氧化碳的排放；二是其卓越的抗腐蝕和抗金屬疲勞特性，可將較大的維護間隔時間延長至12年；三是可實現100%的循環再生利用；四是可用于制造航空器的所有全部零部件。目前，AIRWARE在新一代飛機制造中已得到應用，空中客車公司將其應用于其寬體客機A350-XWB；龐巴迪公司將其應用于窄體飛機C系列。為滿足航空市場對新型鋁鋰合金日益增長需求，肯聯鋁業公司正在法國伊蘇瓦爾軋制廠新建兩條鋁鋰合金熔煉鑄造生產線，專業生產AIRWARE鋁鋰合金，預計在建的兩條鋁鋰合金生產線將于2016年前投產。

    在中國，為滿足國產飛機對鋁鋰合金的需求，我國鋁加工業在上世紀60年代就開始對鋁鋰合金進行跟蹤性研究，成功仿制了8090和2091兩種鋁鋰合金。目前，我國已基本掌握了航空鋁鋰合金的熔煉技術，如鋁鋰合金大扁錠與鋁鋰合金圓錠的鑄造技術。但在鋁鋰合金基礎研究與合金生產實踐方面，與美、俄仍存在較大差距，表現在：一是創新能力與技術開發能力較為薄弱；二是生產能力小，當前僅有西南鋁業（集團）有限責任公司能夠生產少量鋁鋰合金，遠遠不能滿足國產大飛機的需求。北京佰匯認為，國家需要投入專項資金，提升航空鋁鋰合金研發能力、增加航空鋁鋰合金生產企業數量、擴建航空鋁鋰合金生產線。

    我國航空民機尤其是國產C919、ARJ21大飛機的快速發展已是不爭的事實，截至目前，C919和ARJ21-700大飛機訂單已分別達到517架、278架。面對航空工業需求旺盛的鋁鋰合金，我國要實現規模化生產鋰合金還有很多難題去攻克，還有很長的路徑去實踐。但是在困難面前，也要看到我們的長處，利用好現代化鋁熔煉與鋁加工裝備優勢，與美、俄等先進國家的同行開展技術合作，吸收他們的工作經驗和研發成果，實現“彎道超車”，盡快實現國產大飛機所用鋁鋰合金材料的國產化。

    鋁鋰合金的性能及應用

    新材料是航空航天技術的重要基礎，航空航天技術的發展又不斷對材料科學提出新的問題和要求。鋁鋰合金是近十幾年來航空金屬材料中發展最為迅速的一個領域。

    鋁鋰合金優點

    鋰是世界上最輕的金屬元素。把鋰作為合金元素加到金屬鋁中，就形成了鋁鋰合金。加入鋰之后，可以降低合金的比重，增加剛度，同時仍然保持較高的強度、較好的抗腐蝕性和抗疲勞性以及適宜的延展性。因為這些特性，這種新型合金受到了航空、航天以及航海業的廣泛關注。正是由于這種合金的許多優點，吸引著許多科學家對它進行研究，鋁鋰合金的開發事業猶如雨后春筍般迅速發展起來了。

    發展歷程

    1983年在巴黎國際航空博覽會上，世界上兩家最大的鋁合金生產企業——英國阿爾康鋁業公司和美國阿爾考鋁業公司，同時宣布研制成功新的革命性材料——鋁鋰合金。專家們認為，鋁鋰合金是從1943年發明鋁鋅系高強合金以來，鋁合金研究和開發的又一個里程碑。

    其實，鋁鋰合金并不是個新鮮概念。對這種材料的認識經歷了相當長的時間。由于鋰的比重小，在鋁中的溶解度高，長期以來人們就把鋰看作鋁的親密合作伙伴。早在本世紀20年代，科技工作者就對鋁鋰合金進行過許多評論。1924年，德國研制成功一種工業鋁鋰合金——司克龍。這是一種僅含0.1%鋰的鋁鋅合金。它的機械性能比當時盛行的鋁鎂合金——杜拉鋁要稍好一些。由于當時杜拉鋁已得到公認，所以影響了司克龍合金應受到的廣泛重視。1943年，高強度的鋁鋅鎂銅合金問世，再一次低估了鋁鋰合金的工業價值。1957年，英國研制成功了含鋰1.1%的X-2020鋁合金。這種合金用于美國艦載超音速攻擊機的機翼和水平尾翼的蒙皮上，取代原設計中的鋁合金后，RA-5C飛機的重量減輕6%。原蘇聯的科技工作者同時也研制出了一種含鋰2%的鋁合金。又經過10年徘徊，到1967年發生了世界范圍的能源危機后，各國又重新開始大規模研究鋁鋰合金。由于冶金技術和相關技術的發展，使含鋰量更大、比重更小、強度更高的鋁鋰合金的出現成為可能。據認為，目前許多先進的戰斗機和民航飛機大都采用了這種合金。鋁鋰合金的成本大約只是碳纖維增強塑料的1/10。如果采用鋁鋰合金制造波音飛機，重量可以減輕14.6%，燃料節省5.4%，飛機成本將下降2.1%，每架飛機每年的飛行費用將降低2.2%。可以預料，隨著材料科學的發展，將有越來越多的新型合金進入航空航天業、各個工業部門及千家萬戶。

    軍事應用

    鋁鋰合金主要為飛機和航空航天設備的減重而研制的，因此也主要應用于航空航天領域，還應用于軍械和核反應堆用材，坦克穿甲彈，魚雷和其它兵器結構件方面，此外在汽車、機器人等領域也有充分運用。從20世紀30年代開始，德、美、英、前蘇聯對Al-Li合金進行研制，但是真正具有商業價值的是1957年美國Alcoa公司研制成功的含鋰1.1%的2020合金，用于制造海軍TA－5CVigitante飛機的機翼蒙皮和尾翼的水平安定面。目前主要使用的鋁鋰合金有2×××系（Al-Li-Cu-Zr）和8×××系（Al-Li-Cu-Mg-Zr）等10余種牌號，最大鑄錠規格達到25t以上，其軋制、擠壓和鍛造的加工技術已達到常規鋁合金的水平。

    鋁鋰合金的航空應用

    Al-Li合金已經在軍用飛機、民用客機和直升飛機上使用或試用，主要用于機身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、進氣道唇口、艙門、燃油箱等等。

    早在20世紀50年代，美國就開發了x2020鋁鋰合金后來用來取代7075用于RA-SC預警機。美國一公司將C-155鋁鋰合金用于波音777和空中客車A330/340飛機的垂尾和平尾，該合金比普通鋁合金有更好的抗疲勞性能和高的強度。其中A330/340飛機每架使用Al-Li合金650kg，可使飛機減重達4250kg，可以提高有效載荷及降低燃料消耗。麥道公司的C-17運輸機使用了鋁鋰合金板材和擠壓型材制造貨艙的地板梁、襟翼副翼蒙皮等結構，用量達2.8t，比用普通鋁合金減重208kg，法國幻影式戰斗機上也大量應用鋁鋰合金，其成本低于熱固塑料和金屬基復合材料。在1988年的時候，洛克希德·馬丁戰術飛機系統公司、洛克希德·馬丁航空系統公司和雷諾茲金屬公司就開始AA2l97合金研制的聯合計劃，為軍用殲擊機隔板和艙壁生產重載厚板。1996年6月，雷諾茲金屬公司開始售出第一批AA2l97合金板材，用于取代其它材料制造美國空軍F－16飛機的后部隔板（艙壁）和其它零件。歐洲試驗型戰斗機EFA其前部所有薄板狀零件皆由8090薄板制成，占所有材料的9%，駕駛艙內使用了不少A1-Li合金，其中用A1-Li超塑成形工藝制造的電子設備室的蓋板長達1.5m。英、意合作生產的大型直升機EH101上，其機身框架、蒙皮和內部結構使用了相當多的A1－Li合金板材和鍛件，每架質量減輕200kg。而據估計，直升機在整個服役期間每減輕1kg增加經濟效益高達3000英鎊。

    在航空鋁鋰合金的研究和應用方面，前蘇聯及俄羅斯也一直處于世界的領先地位，比較有代表性的有01420、01421（含鈧）、01423（含鈧）、01430、01440、01450等。早在20世紀70年代，前蘇聯就將鋁鋰合金用于制造雅克－36飛機的主要構件，包括機身蒙皮、尾翼、翼肋等，該飛機在惡劣的海洋氣候條件下使用，性能良好。20世紀90年代初又在米格－29和米格－31飛機上采用1420合金焊接結構，使減重效果進一步提高。米格－29使用了1420合金薄板、模鍛件、擠壓壁板等制造機身、駕駛員座艙、油箱等，每架飛機鋁鋰合金用量達3.8t。采用焊接油箱后減重達24%，其中12%是由于材料比重的降低，12%是由于焊接結構減少了鉚釘、螺釘、密封劑和搭接部分而達到的。1420合金在其它飛機，如運輸機、客機、直升機上用量也相當可觀。安－124用量近8t，圖－204用量2.7t，米－26用量1.8t，還有伊爾－86、安－72等也都采用了A1-Li合金。近年來，Al-Li合金也大量用在蘇－27、蘇－35、蘇－37等戰斗機上，以及遠程導彈彈頭殼體等。

    鋁鋰合金的航天應用

    對于航天飛行器結構，質量的減輕可增加有效載荷，而有效載荷每增加1kg可帶來4,400～110,000美元的效益。因此，由于Al-Li合金密度低、性能好的特點，在很多航天飛行器中都采用Al-Li合金結構。

    美國洛克希德導彈和空間公司（LMSC）制造的飛行器使用低密度、中等強度和高剛度的材料，因此大量采用Al-Li合金產品。從20世紀80年代中期開始，大量選用8090及普通加工方法生產各種鍛件、厚板、薄板與擠壓件。LMSC在大力神有效載荷轉接器上使用8090板材，減輕質量180kg。該公司使用AA2195合金生產的新的航天飛機“超輕型油箱”，長達47m，直徑達8.4m，用于盛裝低溫燃料和液態氫。AA2195合金的使用使油箱減輕5%（減重近3400kg），強度提高30%，有效地增加了有效載荷，節約成本約7500萬美元。麥道空間系統公司采用2090－T81板材制成直徑2.44m，長3.05m的低溫箱，用于三角翼火箭盛放燃料和液氧的容器，質量減輕15%。美國通用動力空間公司在阿特拉斯和半人馬運載火箭上的三個部件采用2090合金，總量達70kg，質量較2024減輕8%。1997年12月的美國“奮進號”航天飛機外貯箱采用2195代替2219，運載能力提高了3.4t。

    Al-Li合金在俄羅斯的航天業中也有很多的應用。俄羅斯在1450合金基礎上添加0.20%的Sc元素研制出1460合金，有更優良的性能，將其應用于大型運載火箭“能源號”的結構件上。此外，還用在其它火箭、“暴風雪”號航天飛機和空間站的結構件上。

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責任編輯：王元

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