主题：【文摘】我国民用客机深度报道—0 -- 桥上

飞机设计是一系列的折中！在构型、性能、系统、可靠性、舒适度、结构和制造，方方面面都存在着折中。设计师们要做出各种取舍，然后使航空公司得到一架出类拔萃的飞机。FAI的设计师们当然知道，如何通过技术权衡来实现这些折中：哪些是应该放弃的，哪些是必须保留的，哪些是可以优化的……因为，他们了解飞机设计和制造的各项技术，他们对飞机的各个零件都有着清晰的认识，甚至是每个铆钉所能实现的功能！

在去上海的飞机上，我的座位正好靠近飞机的安全门。空中小姐认真地提醒：“请您仔细阅读安全说明书，您能保证在飞机遇到紧急情况的时候，能够按照指示说明打开应急门吗？”我向空中小姐保证：“是的，我一定能做到！”事实上，我在ARJ21-700飞机上已经作过了这种尝试 ！

为了向我说明ARJ21-700飞机的应急门设计的太重了，在上海飞机制造厂的总装厂房里，负责安装应急门的工人让我自己尝试着打开客舱后部的应急门。但是那次，无论我怎样用力向外推，应急门丝毫没有反应，最后在工程师的“指点”下，我不得不踹上一脚才把应急门打开了。可是，关上应急门的时候结果更糟糕，如果没有人从外面协助我一点点将挤在蒙皮上的密封条塞进来，那么，任凭我在客舱内怎样拉，应急门根本无法恢复到原位。

最终，FAI的10多名设计师用了几个月的时间解决了这个问题。

实际上，在ARJ21-700飞机最初的设计中，应急门的位置并不在客舱的后部，而是设计在飞机的机翼上，但是，这个设计方案却没有得到CAAC的认可。原因在于，根据CAAC25的要求：如果飞机每侧仅提供一个与地板齐平的应急出口，而飞机又没有尾锥型或机腹型应急出口，那么与地板齐平的应急出口必须位于客舱的后部，除非其他的位置能提供乘员更有效的撤离措施；此外当规定每侧需要一个以上与地板齐平的出口时，每侧至少有一个与地板齐平的出口设置在靠近座舱的每一端头。

CAAC对此解释说，通常在迫降的情况下，飞机前部的出口容易受损而被堵住，影响应急撤离率。在ARJ21-700飞机原有的设计方案中，机翼上的应急出口不是与地板齐平的，所以ARJ21-700飞机的原方案不符合该项规定。

“CAAC只会告诉FAI应急门的设计方案违背了CCAR 25中25.807(f)(2)的要求和CCAR25中25.813的要求，CAAC并不会明确要求FAI一定按照这两项规定去修改应急门的设计方案，”FAI负责适航的副总设计师朱余华说：“但是，如果没有满足适航条例的要求，CAAC是绝对不会发给FAI适航许可证的。”

ARJ21-700飞机要想拿到国际市场的通行证，那么，它的设计、试验、生产和使用维护等等，都要严格按照中国民用航空适航条例有关标准实施，还要参照FAA相关适航标准的对应条款，只有达到了这些标准，ARJ21-700飞机才能获得CAAC颁发的适航许可证。

事实上，适航条例是一个最低的安全标准，所有的条款都是为了达到一个目的——保证飞行安全！

FAI最终更改了原有的应急门设计方案。他们取消了机翼上两对相邻的应急出口，同时增大了机翼与发动机短舱之间的距离，并在客舱后部增设了一对I型应急出口，与登机门和服务门构成2对Ⅰ型出口，撤离能力达到了90人，满足了CCAR25的要求。不仅如此，他们还考虑了发动机风车转速对应急撤离的影响、水上漂浮特性、滑梯安装与收放和应急撤离空间等因素，以保证人员应急撤离时的绝对安全。

终于，“CAAC ARJ21-700型号合格审查组”认可了这个设计方案。

但是，应急门的设计改动也令FAI的设计师们极其痛苦：“应急门的改动使ARJ21-700飞机又增加了107公斤的重量！”FAI气动专业副总设计师陈迎春说：“真是令人头疼！机身超重271公斤；水平尾翼超重104公斤；垂直尾翼超重45公斤；起落架超重56公斤……几乎是所有的系统、发动机、起落架、机翼和机身为了满足飞机性能要求和适航要求的设计改动都可能产生了超重的问题！”

还有一些按照CCAR25要求的改动也增加了ARJ21-700飞机原有的重量：吊挂的新设计方案超出指标重量40公斤；“911事件”之后为了保证飞行安全，CAAC要求在机头驾驶舱与客舱间加装防劫机门，这个门的重量有65.67公斤，超出指标重量40.67公斤；还有，供应商提供的系统也使飞机的重量在不断增加——系统的指标重量为6990公斤，而在2005年10月，系统的重量就已经达到了11880公斤！

在燃油价格上涨、经济大萧条的时期，航空公司甚至会通过减少飞机上所携带的杂志来节省燃油！

“ARJ21-700飞机基本型标准航程的使用空机重量已占最大起飞重量比为61.62%，而国外同类飞机使用空机重量平均值为59.73%。虽然不到两个百分点的差距，却足以决定ARJ21-700飞机在竞争中的命运！”ARJ21-700副总设计师陈勇解释了“超重”对商用飞机的影响。

“飞机超重的原因是多方面的，从飞机方案设计阶段设计人员就要对方案实施严格而有效的重量控制，才能最终保证飞机符合和满足设计的重量指标。但是，在飞机研发过程中也经常会出现一些意想不到的情况，例如设计改动，结构调整，材料、标准件替换，还有后续的生产工艺，所有这些都会成为导致飞机超重的主要原因。”FAI院长吴光辉不仅解释了造成飞机超重的原因，同时也表示：“飞机设计师的智慧与卓有成效的工作，很多时候就体现在快速而有效地解决这些棘手的麻烦。”

在FAI的设计楼里，可以看见非常年轻的飞机设计师，他们轻快地在各个设计部门之间穿梭，胸前挂着用来证明身份和界定活动范围的胸卡。更大的改变还在于，现在他们已经不用再抱着一捆捆的设计图纸去协调工程中出现的问题了。他们可以在VPM系统（虚拟产品管理）中，通过全机电子协调样机来修改、处理设计上出现的所有改动和测试各系统之间的协调问题。

“在此之前，我们传统的飞机设计方式是采用图纸进行产品设计与管理，后来虽然也通过计算机进行二维模型设计，但还是需要在图纸上完成一系列程序化的操作，这种方式一方面给数据管理和查询带来不便，另一方面也造成了资金上的浪费和研发周期的延长。”FAI负责IT技术的副总设计师叶伟介绍说：“FAI在全国率先应用了法国达索公司提供的ENOVIAVPM软件，不仅创建了全机电子协调样机环境，还创建了产品协同环境。通过VPM系统，设计人员可以在这个虚拟空间里凝固下他们的灵感与智慧，设计出用户所需要的产品。同时，通过VPM系统，西安和上海两地的设计人员也可以实时共享数据，清晰而且直观地查看到飞机的各种变化状态。”

“ARJ21-700飞机采用全机电子协调样机进行总体、结构和系统的三维安装、协调、运动间隙检查，与供应商的协调也在全机电子协调样机进行，它是ARJ21-700飞机详细设计和发图的基础。”FAI科技部副部长崔克非在电脑上演示了CATIAV5软件的设计功能，并强调说：“减重的优化设计也是在全机电子协调样机上进行的。”

为了解决超重的问题，设计人员首先从系统着手，他们主要通过合理布置电缆的走向、减轻支架重量、更换管路材料等方法，在全机电子协调样机上进行减重的优化设计，他们还对供应商提供的成品件的重量进行了有效的控制与管理。与此同时，在结构强度方面，设计人员通过检查全机总体传力路线、复核全机载荷、结构优化设计调参等手段，对壁板、梁、肋、蒙皮、长桁等部件参数进行了调整，另外还更改了部分部件的材料以减少结构上的重量。

FAI结构专业副总设计师谢灿军说：“机头、尾段、吊挂、尾翼、机翼主要承力结构的材料以2000 系列铝合金和7000系列高强度铝合金为主，这是经过CAAC认证的成熟材料。为了减轻重量，我们还在方向舵、翼梢小翼、襟翼子翼等部件上应用了复合材料，并且进行了专题适航验证试验。复合材料已经通过适航批准，满足了CCAR 25的要求。”

事实上，很多重量的超重是由于一些设计上的保守，为了加大安全裕度所导致的，AVIC1民机部部长汪亚卫就举出了这样的一个例子，“我们的设计人员在设计舱门时应用了相对于波音787飞机或者空客A380飞机要传统的技术，尽管是成熟的技术，但采用了很多的钣金件，这是一个片，那是一个梁，还要用标准件进行连接，这就产生一连串的问题，装配次数增多可能出现差错次数的增多，产品质量出问题的概率增加，提高了制造难度；标准件越多飞机的重量也必然增加，飞机的性能可能就有损失。而现在波音公司和空客公司的飞机舱门采用整体数控加工，不需要标准件进行连接，既减轻飞机重量又能保证产品质量。”

针对这个问题，林左鸣说：“我们不可能一口吃个胖子，总得一步步走。制造采用最现代技术的舱门我们已经掌握，比如，我们为波音公司和空客公司都批量生产和提供这样的舱门，只是设计上我们还没有经验。”

有些错误甚至要到总装的时候才能暴露出来，ARJ21-700水排放口就是个例子。FAI飞控专业副总设计师田剑波说：“水系统的水排放口的布置协调是在全机电子协调样机上进行的，由于计算机硬件条件的限制，设计人员在协调时往往关闭认为无关的部分，在水排放口的协调时，设计员就错误地关闭了翼身整流罩，以至于排放口布置在了整流罩内，总装时才发现这个低级错误。”

一些低级的错误也同样存在于供应商交付的产品中，如Parker公司提供的发动机驱动泵，在101号飞机发动机上安装时才发现，管接口规格错误，只能把102号飞机的液压泵装在101号飞机上。这是现场能够解决的问题，还有一些供应商的设计错误就必须要返回他们的总部进行更改。在主飞控系统的调试中，导致ARJ21-700飞机水平安定面无法正常工作的，美国Honeywell-Parker公司提供的系统作动器出现了设计上的问题，因为选用的传感器类型有误，发生故障作动器必须返回美国进行更新。

回避这些问题的出现，需要有丰富的工程经验，毕竟FAI这支年轻的设计队伍最缺乏的就是商用飞机的工程经验。而改变这些状况既需要时间，更需要在持续不断的工程项目中进行实践。

FAI院长吴光辉也坦言：“我只有呆在试验现场心里才感觉踏实，因为我能知道所有发生的事情。”当有人向他建议对缺少经验的设计人员进行裁减的时候，他会苦笑着说：“我更关心如何留住设计人员，事实上，一方面我们面对的是整个国家飞机设计人员整体匮乏的现状；另一方面我还要面对有经验的设计人员不断流失的现状。一面是造血功能不强，一面是血液流失过快！”他更形象地将自己此时的心情比喻为期盼丰收的瓜农：“我这西瓜地里就这么几个西瓜，我天天守着、盼着各个能‘长势喜人’！当发现那个‘长势’不理想时，我就得赶快过去‘扒拉扒拉’看看出了什么问题！”即使是这样“精心呵护”，吴光辉还是得面对设计人员流失给工程带来的混乱局面。然而这个难堪的局面到了2007年，工程出现了突破性的进展才得以根本扭转，不但人才外流止住了，并且出现了聚集到FAI上海分院的效应。对此林左鸣说：“事业是个舞台，只要把这个舞台搭起来，演员不是问题，甚至会成长出一批明星。当我们决定自筹资金大把地投入到ARJ21项目中时，人才流失问题就注定可以得到解决，事实确实也如此。”

发动机挂架的设计师前后换了三个，机翼的设计也反复了三次。“很多问题始料不及，可能在这个位置只发生了很微小的改动，但是却能导致与其相关的系统发生很大的变化。” FAI结构室的设计人员对此深有感触。

一面是飞机还在不断地发生变化，一面是伴随飞机研制始终存在的矛盾，飞机设计师要不断地做出折中选择：“前缘缝翼的疲劳强度不够，加厚蒙皮机翼重量又严重超标。”时任FAI机翼结构室主任的韩霄，正在为机翼的超重现象烦恼。“这个超临界机翼的翼型，比以往的普通翼型复杂得多，普通的单曲度机翼变成了双曲度给壁板设计带来很大麻烦，还有4-5米长的长桁，构型既有弯曲又有扭转，无论是设计还是制造，难度都非常大。更为复杂的是，机翼设计没有充分考虑结构和系统布置协调问题，襟翼、副翼、扰流板、起落架结构和系统设计难度很大……”

2005年10月—2006年3月，对ARJ21-700飞机的减重在持续进行中：

机身减轻了150多公斤；

机翼（含起落架舱门）减轻了350公斤；

水平尾翼减轻了49公斤；

垂直尾翼又减轻35公斤；

系统总重也减轻了4860 多公斤……

在设计的高峰时期，FAI总共有1000多名设计人员在为ARJ21-700飞起来而忙碌！吴光辉将FAI最优势的设计力量调到了ARJ21项目上，这位参与过MPC-75、AE-100项目，并且担任过国家重点型号的总设计师对于如何搭配设计力量自然拥有着丰富的经验。同时，凭借着在军界的良好信誉与口碑，和FAI不断增长的能力，吴光辉又为FAI争取到了更多的项目“只有饿过肚子，才知道吃饱饭的重要”！甚至连国家总理温家宝都记住了吴光辉常用的比喻“手里拿一个，嘴里含一个，眼睛看一个，心里想一个”，温总理坦言：这句话形象地表现出航空人毫不满足的精神、永不休止的战斗精神和极大的创新意识。

在对FAI整个设计力量与科研结构进行了合理布局之后，为了弥补上海工程经验的不足，吴光辉采用“高职低配”的方式，将西安的总设计师调到上海担任ARJ21-700飞机的副总设计师，以此类推，副总设计师担任室主任，室主任担任组长……

面对外界针对于ARJ21-700不断发生设计改动的指责，FAI也不断重申“飞机设计实质上就是个渐进设计的过程”，他们希望大家能够了解，渐进设计正是飞机设计领域为了保持产品的优越性而普遍采用的方式。一些有经验的飞机总设计师时常会告诫自己的团队：“不要急于冻结设计方案，而是要不断地去优化它，使其逐渐臻于完美。”

但是，在外行们看来，良好的设计应该一次就达到完美的境界，如果略有瑕疵就证明设计失败。事实上，自从世界上出现第一架飞机以来，就在满足新的功能的同时出现新的欠缺，处在不断的改进中，在一种机型的生命期中的改进几乎是从不停止的。当小的改进积累到一定程度，就形成在基本型上的改型；而当技术进步或新的使用要求已不能由基本型所容纳的时候，便进行新机型的设计。正是这些不断的变化构成了一个世纪的航空发展史。

飞机的设计过程分为多个阶段，每一阶段的工作都是基于前一阶段的结果，参考其他型号的经验，再加上一些假设进行工作。一个设计阶段结束时，都根据当时的设计状态进行分析、计算和仿真，并进行各种形式的评审，确认此阶段的工作符合功能、性能、安全性、维修性、适航等方面的要求，并确认作为前一阶段工作依据的假设成立，才进入下一阶段的工作。

FAI飞控专业副总设计师田剑波解释说，渐进设计的目的不仅在于最大限度地避免出现大的返工，同时还能通过这些渐进的改进提高产品的性能。波音公司与空客公司从最初的设计方案到最终交付航空的产品，每型飞机都要经过几千次的设计更改，平均每周达十几次到几十次，这使得他们的技术越来越成熟，飞机性能越来越先进，产品更具有市场竞争力。

ARJ21-700的襟翼支臂整流罩和翼身起落架整流鼓包的优化设计，就提供了这样的一个例子。设计合理的翼身起落架整流鼓包，可以产生有利的气动干扰，减小跨音速飞行的阻力。经过风洞试验验证，优化设计之后的ARJ21-700翼身起落架整流鼓包在高速巡航状态减阻0.002左右，这些减小的阻力，使每架ARJ21-700飞机至少可以增加150公里航程或者节省燃油300公斤，而全寿命期间可望节省的燃油费高达1440万元。

于是，中航商飞公司销售人员就可以非常有底气地对航空公司介绍说：“ARJ21-700飞机的经济性体现在，它的直接使用成本要比CRJ-200飞机低8%-10％。”

“对于最后的细节，我们所要做的一切都是优化”，AVIC1副总经理李玉海说，“ARJ21项目体现的就是一个优化的过程，一个折中的过程，总设计师系统的水平就应该体现在这些地方。”

“翼梢小翼的设计就是一个能够体现折中的例子”，吴光辉说：“如果翼梢小翼设计的不好，那么其带来的升力增加与阻力减小的好处就不足以抵消其在结构重量上付出的代价。如何对翼梢小翼进行优化，如何实现其与超临界机翼的最佳匹配，这是机翼设计中另一项关键技术，对于提高ARJ21-700飞机的气动效率，降低使用油耗起到至关重要的作用。”

“最终，翼梢小翼由原来的1.98米降低到现在的1.2米，结构重量减轻11千克”，陈迎春说：“这个方案是从10套方案中经过CFD计算分析以及风洞试验验证后才选出来的。与原来的大小翼相比，现在的小小翼不仅有效降低了机翼载荷，同时还提高了飞机横航向操纵品质。”

科学技术的发展，可以产生许多意想不到的结果，它能使早有共识的定论疑窦丛生，也能使久悬不决的难题迎刃而解。解决ARJ21-700飞机的“深失速”问题，就是这样的一个例子。

ARJ21-700飞机为机身后置发动机、高平尾布局，但是，后置发动机加上高平尾布局，容易在大迎角时发生“深失速”问题，此时，飞机极易发生灾难事故，这一直是影响尾吊布局飞机安全性的重大问题。

2005年1月进行的ARJ21-700飞机未加长机身“深失速”特性试验表明，ARJ21-700飞机存在“深失速”的问题。2005年7月进行了机身加长的“深失速”特性及其解决措施的风洞试验，试验表明ARJ21-700飞机机身加长后依然存在“深失速”问题。