主题：【文摘】我国民用客机深度报道—0 -- 桥上

ARJ21-700飞机“深失速”一直是备受关注的焦点，是尾吊、翼吊方案产生争议的主要原因。“虽然CRJ、ERJ等支线飞机都在使用尾吊布局，但是，解决飞机的‘深失速’问题对于FAI来讲是个极大的冒险，这种冒险既体现在技术上，也体现在商业上。”吴光辉解释说：“通过风洞试验的研究、验证最终我们发现，采用机身尾部加装阻力板，机翼前移+发动机短舱上移，这两种措施都可以解决飞机‘深失速’的问题，但是，必须对飞机的结构和系统进行重大的设计改动，随之而来又将产生一系列的系统关联矛盾！技术、时间、成本、舆论，方方面面都对我们提出挑战，所以这是个极大的冒险……”

2006年3月20日，这些问题终于得到解决：

ARJ21-700全机制造空机重量为24335.5公斤，达到了重量指标！

各种状态下的重心均满足了重心控制范围！

ARJ21-700飞机失速推杆器系统经过改进设计，故障率不超过1.0-4每飞行小时，满足CCAR 25的要求！

基于研究专业的不同，每一个飞机设计师都对ARJ21-700飞机的先进性有着不同的解释：

气动专业的设计师会说，我们采用了最先进的超临界机翼，经过风洞试验验证，我们的机翼性能非常优秀。先进的机翼是提升飞机性能最有效的手段，所以，飞机制造业称之为“飞机的灵魂”。我们与乌克兰安东诺夫集团联合设计ARJ21-700的超临界机翼，根据相同的机翼设计要求，中方和乌方先分头独立各自设计优选出一副超临界机翼，然后双方专家就各自方案进行互相交底，双方共同联合工作，形成现在ARJ21-700的超临界机翼。

负责空气管理系统的设计师会说，目前，ARJ21-700飞机的空气管理系统代表了国际支线客机空调技术的发展方向。空气动力轴承不仅可为乘客创造良好的舱内温度环境，还可使系统与机体同寿命；数字式座舱压力调节系统大大减轻了系统重量，提高了控制精度；常规的热气防冰技术辅以高换热效率的防冰腔，保证了系统和飞机的安全，降低了发动机的引气量。

负责飞行控制系统的设计师会说，ARJ21-700飞机的主飞控系统采用了最先进的电传技术。飞行控制系统用于飞机的横滚、航向和俯仰控制，以及起飞和着陆时机翼上的升力和阻力控制。系统设计还对飞机的安全性和可靠性做出了特殊考虑，拥有完善的裕度管理、故障监控和自动监测功能，具有更好的安全性、可靠性和维修性以及优良的操纵品质，加上驾驶舱操纵机构高度模块化的设计，使飞控系统设备的安装协调大大简化，这对于在没有实体协调样机的条件全新研制一架新飞机是非常重要的。

负责航空电子系统的设计师会说，ARJ21-700飞机的航电系统是新一代综合化的Proline21系统，采用了5个LCD显示器的“玻璃座舱”，综合处理机柜，模块化组合易于功能扩展。ARJ21-700飞机航电系统能够适应未来新航行系统的空中交通管制环境。中央维护系统能监测飞机系统的状态和故障，处理故障信息，存储航线可更换单元（LRU）故障史、发动机过限史、发动机趋势史提供维护信息，机上各系统高度关联，光标控制器提供菜单式显示器面页选择为飞行机组和地面维护人员提供了良好的人机界面。

结构专业的设计师则说：全数字化设计、构型管理、一个完善的标准体系，这些都是中国民用飞机产业化发展的基础。FAI在ARJ21飞机项目中，以CATIAV5作为主要设计工具，采用VPM系统进行产品数据和设计过程的管理，采用CPC异地协同平台实现了设计与制造的协同、FAI与国外供应商之间的设计协同，FAI与其系统供应商处于一种实时合作的环境中，实时的数据链接、实时进行各种分系统和部件研制和设计工作的沟通和讨论。采用ECMS系统实现了ARJ21项目的工程构型管理。这种完全无纸化协同设计以及VPM技术在ARJ21项目上的推广应用程度已达到国际水平。

负责适航审定的副总设计师会说：ARJ21是完全按照中国民航和美国FAA的基本要求来设计和生产的，并在适航当局的严格控制下进行的，证明我们的飞机与波音与空客的飞机一样安全。

在ARJ21项目中，中航商飞公司将异地广域分布的多个航空厂所的优势进行整合，并与国际著名的飞机部件供应商合作，实现异地企业联盟联合研制、生产和维护支援。

ARJ21飞机起落架由德国利勃海尔公司负责设计制造，发动机短舱由GE公司负责设计制造，雷达罩由637所负责设计制造，其他所有结构均由FAI设计，上海飞机制造厂、西安飞机制造厂、成都飞机制造厂和沈阳飞机制造厂负责制造。19家系统供应商负责ARJ21-700飞机的24个系统的设计与制造任务，而且大部分供应商在设计决策阶段就参与到项目中来，在整个研发过程中，他们必须充分发挥自己的创造力与经验，与FAI共将高质量的产品推向市场。这种商业模式不仅提升了生产效率，削减制造成本，并且建立了全球性的合作体系，由此也将推动ARJ21-700飞机在全国乃至国际市场的销售。

想一想，一度曾有1.3万名FAI的技术人员与四大飞机制造厂的工程人员参与到ARJ21项目中来，还有19家系统供应商派在现场的技术人员、数百名相关领域的咨询专家、几十家负责试验与验证的权威机构、当然还有适航当局的观察人员，庞大的“跟产”队伍挤满了上海飞机制造厂总装厂房的整个二楼。也许即使是将这些数目全部累计起来也还是低估了参与工程协作的人数，因为很多的工程技术人员还要依靠一些专业研究机构提供重要的技术信息与开展前瞻性的研究。要把所有这些人的知识和经验汇集到一起，才能够设计和制造出一架先进的喷气式支线客机——ARJ21-700及其系列产品。

在上海飞机制造厂总装厂房的二楼，上海飞机制造厂的工艺人员向我们介绍了数字化预装配软件的作用：数字化预装配是一种全新的设计概念，在ARJ21项目的早期设计阶段就已经采用了。例如在机翼预装配、前机身、中机身以及ARJ21机翼与机身对接上都应用了模拟技术，尤其是复杂的机翼装配。此时，另一组工艺人员正在电脑上模拟ARJ21-700机翼的装配过程，整个过程看上去类似一种《虚拟人生》的游戏，只不过这次的任务不是在F1赛事中获胜，而是要成功地给ARJ21-700飞机装上一幅先进的超临界机翼。“机翼的装配顺序是最难解决的问题之一，那是因为，几乎一半的燃油系统都装在机翼内，结构上有大量的连接件，因此在装配中利用数字化预装配软件确定装配顺序是非常关键的。”一边观察着虚拟世界里机翼装配的进展情况，工艺人员一边继续介绍说，“数字化预装配软件还能够帮助发现某些零件干涉的影响，当零件沿着安装路线移动时，人们能够察觉是否能够安装或确定是否会产生干涉影响，而对零件模型按约束关系进行重新定位的过程，不仅是有效分析产品设计合理性的一种手段，而且当零件模型发生变化时，周围的系统也随之调整，极大地消除了生产过程中返工的成本。”

在电脑上，虚拟装配工人能够非常顺利地通过机翼下方一个非常狭小的安装口盖钻进机翼里面进行燃油系统的安装，整个装配过程非常顺利，没有产生任何的干涉影响。但是，那个安装口盖看上去实在是太狭小了，有血有肉的装配工人真的能够顺利地钻进去吗？数字化预装配软件真的能够解决现实装配中发生的所有问题吗？

随后，这个疑问在ARJ21-700机翼的装配车间得到了回答，一个非常瘦弱矮小的装配工人顺利地通过了机翼下的安装口盖钻进了机翼里面，“前提是，即使在寒冷的冬天他也只能穿一件单衣进行工作，如果他穿上毛衣，那么他一定会被卡在某个地方出不来。但是更为重要的是，他不能发胖，一定要保持苗条。”负责机翼装配的组长笑着说：“事实上，负责机翼装配的工人都非常矮小，而负责机身装配的工人则非常强壮，某种程度上，飞机设计师不仅决定了飞机的重量，同时也决定了我们的体重。”

为什么不能把这个安装口盖设计的更大一些呢？

FAI的设计师解释说，可以，但是为了弥补飞机在强度上的损失，我们就必须增加飞机的重量。增重！太可怕了！显然这不是一个理智的做法。所以，在设计中会将口盖开的尽量的小，只要够用就可以来。但是，在机翼上出现的另外一个因为没有充分考虑设计余量而开得过小的口，却给FAI的设计师带来了非常大的麻烦，一组电缆就没有装配工人那么幸运了，它们被卡住了！当电缆增加了屏蔽保护套之后，根本就穿不过去了。超临界机翼的翼型薄，电缆和系统件又都需要通过这十分有限的空间，所以机翼前沿电缆布置又成为一个大难题……

这个麻烦使FAI管控中心的电脑亮起了“红灯”。

“他们必须在规定的时间内把这个红灯变成绿灯！不能有红灯，整个屏幕上一定要都是绿灯！重要的是我们需要一切顺利！”FAI通过CPC平台可以实时掌握ARJ21飞机项目每一分钟的变化。为了实现诸多方面的有效协同，每个月的20号，FAI要在CPC平台上和所有的动态伙伴进行数据同步，“这种数据同步通常要进行一个星期”管控中心的技术人员介绍说，“数据同步之前，我们先要在CPC平台上挂出一个数据同步列表，各家根据自己数据的情况进行数据同步以保证数据的准确性和一致性。”

“目前，我们与波音、空客最大的差距是经验的不足，事实上，这才是最具价值的竞争优势所在。”叶伟介绍说，“ARJ21-700所有零部件的设计与制造都由计算机完成设计和控制，并直接输入到数控机床加工完成，整个设计和制造过程没有一张图纸。所以，整个工作流程中我们要求设计人员不能仅仅是将设计数据发到CPC平台上，就视为完成了设计，而是要求他们的设计数据能够成功地导入到工厂的CPC平台上，成功地输入数控机床进行生产，只有顺利地完成这个流程才被视为是完成了一个有效的设计。”虽然，表面上这种严格的协同占用了大部分生产流程的时间，但是却能够保证顺利装配的过程，ARJ21-700能够实现全机身一次性对接成功与CPC平台的应用不无关系。与此同时，FAI也成功地开发出一系列的软件，使原有的标准化体系与现行软件之间各说各话的“巴别塔”现象得以突破。

ARJ21项目的工程构型管理系统(ARJ_ECMS)正是FAI应用这项神奇的技术来实现最具前瞻性的业务改造计划。现在，就连达索公司的技术人员和IBM的外国专家也对于FAI在这么短的时间内就应用了这种技术表示吃惊。

FAI使用了大量的数字来描述ARJ21-700所有的零部件和生产，他们建立了一个工程构型库，按照合理的方式组织所有的数据，并严格按架次有效性的管理方式，即给定一个确定的架次时，能够在构型库中方便快速的过滤出该架次相关的所有工程数据，为生产制造、产品支援等阶段发布现行有效的工程数据。

通过构型管理平台，FAI 还能够严格控制工程更改涉及到的更改原因、请求、建议、更改实施结果等数据以及相关的过程，并将构型数据的更改建议过程与工程更改过程进行紧密结合。

2003年12月20日，中航商飞公司在上海飞机制造厂与西安飞机工业公司、沈阳飞机工业公司、成都飞机工业公司通过视频，同时举行“ARJ21-700飞机零件开工仪式”。

“在正常情况下，一两个小时内出现一次断点是正常的，我们的系统也能够自动恢复，但是在仪式当天，领导要求我们连正常的断点都不能出现。”叶伟对那次让他始料不及的“恐怖袭击”仍然记忆犹新：“就在原AVIC1总经理刘高倬宣布开工的瞬间，西飞公司那边的视频一下子就没有了，我们当时就傻眼了，好在西飞公司有代表在仪式现场，不然，面对那么多的媒体，场面会非常尴尬。20分钟后电信公司告诉我们，西安阎良高陵地区的农民工进行野蛮施工，把高陵的光缆挖断了。

还有一些无法预见的灾难性事件的突然发生，也造成了网络的失效，从而中断了中航商飞公司与世界的联系。

2006年12月26日20点25分，台湾南海海域分别发生7.2级、6.7级地震，使众多海底光缆系统陆续发生中断。

目前，飞机制造业正在通过统一的网络平台和信息系统实现世界间的产业协作，数字化改变了他们的生活，但也给他们带来了新的问题，虽然这些问题让人沮丧，但有时一些新问题也充满了戏剧性。2004年5月31日，ARJ21-700飞机的首批结构图纸的电子数据通过CPC平台成功地从FAI传送到西飞公司，这标志着CPC平台全面正式的启用。但是运行不久，FAI运行中心的系统就发出了警告，FAI的管理人员发现了一个非常奇怪的现象，沈飞公司的数据版本始终高于FAI发过去的数据版本，但是，这完全是不可能的，制造厂的数据版本怎么可能比设计院的数据版本还高呢？这完全不合理，究竟哪里出了问题？

“我们发现，沈飞公司的数据版本始终比我们高，奇怪的是每个版本的内容又完全一致，当时这个问题令我们非常沮丧。最终我们发现，导致问题的原因却充满了戏剧性。”叶伟苦笑着介绍说：“在当时，对于大家来讲，CPC平台是个完全新鲜而陌生的事物，沈飞公司的一名系统管理员为了能够熟练的应用它，在两地平台进行对接之后，他就不断地把我们发过去的实时数据进行下载、删除，然后再进入平台去下载、删除反复进行练习，这样就导致了沈飞公司的数据版本始终高于我们，但他并不知道，CPC平台的管理是非常严格的，FAI的网络运行中心确实能够掌管天下，无论ARJ21飞机的数据在哪里出了问题，运行中心随时都能知道。”

FAI副总设计师田剑波为我们举了一个小例子：旅客氧气系统。氧气系统技术规范包括以下主要要求：

应为每个乘客配置氧气面罩，还需考虑怀抱婴儿的氧气需要，增加氧气面罩的配置，在飞机释压时氧气面罩自动放下，同时飞行机组也可人工放下，放下后给机组相应的指示信号，自动放下控制由氧气系统之外的继电器箱实现，继电器的控制信号由航电的DCU（数据集中装置）提供，而决定自动放下条件的座舱压力高度信号由综合空气管理系统的IASC（综合空气管理系统控制器）提供。

如何实现旅客氧气系统的功能，协调与相关系统和设备的关系，找到一个可满足各方面要求的，最合理的方案是系统集成的主要工作之一。

各阶段需进行的系统安全性评估也是系统集成的重要工作，飞机级FHA（功能危险性评估）给出了飞机级各项功能失效的危险等级，旅客氧气系统根据与已相关的失效条件，如“座舱释压时不能为旅客提供氧气”等，进行系统级的FHA，明确系统各种失效模式应满足的失效率要求，从而决定系统的构架——是否需余度配置，失效时是否要警告，如何监控和自检测等。在进行安全性分析时，旅客氧气系统从飞机级和系统级的功能出发，不仅仅分析本系统的设备，还要包括IASC、DCU、继电器、电缆等。在进行软件和复杂硬件DAL（设计保证等级）需求分析时，也同样包括这些设备。

在FAI大场实验室，ARJ21-700飞机航电综合试验室是经常被人参观的地方，实验室的技术人员会认真的向参观者进行讲解：“ARJ21飞机的航电系统由世界著名的航电系统集成商罗克韦尔柯林斯公司研制的，这套航电系统属于世界先进水平。它采用一台双通道的内部装有3块通用的外场可更换模块的综合处理计算机，该综合处理计算机综合了ARJ21飞机的飞行管理计算、导航、驾驶舱通信、主飞行显示计算、多功能显示计算、数字飞行数据采集、快速存取记录器、飞机状态监视、推力管理计算、中央维护计算、数据转换网等多项功能。”

他们尽量能够用语言描述清楚：“模块化是ARJ21飞机航电系统的又一重要特征，模块化是实现结构简化和综合化的基础，也是实现系统重构的基础。集成电路和电子技术的高速发展已经能够使各种完整的功能‘浓缩’于一个标准电子模块之中。全面采用通用的、标准的外场可更换模块，可以使整个航电系统由三级维修变成二级维修，简化了系统维修，减少维修人员和地面维修设备，实现延期的维修或定期维修，从而大大减少了后勤保障费用。”他们知道参观者依然很难理解这些变化对于一架先进飞机来讲，究竟意味着什么。

他们经常会听见参观者的感叹“哎呀”！却很少有人能提出问题，他们只能继续介绍：“ARJ21飞机航电系统具有开放式的系统结构，它的优点是便于构成分布式系统；便于不同厂家生产的、不同型号的计算机或其他硬件之间的互连、互通和互操作；也便于硬件、软件的移植；便于系统功能的增强和扩充。此外，开放式系统结构还支持系统可变规模，有利于缩短研制开发周期，在计划开发、采购、维修及更新时能降低成本。”

航电系统与12个非航电系统的交联功能都将在铁鸟试验台上进行试验。在FAI大场飞控系统地面模拟试验室里，最引人注目的就是飞控铁鸟试验台，它是ARJ21飞机研制过程中进行飞控系统及其相关系统地面综合试验，并支持飞机飞行试验和产品支援必不可少的地面试验设施。

飞控铁鸟试验台都是针对特定型号设计的，为此，国外一些飞机制造公司甚至同一型号的新机种要建有两个铁鸟试验台以供研制使用。铁鸟试验台的使用周期很长，从详细设计的综合试验阶段开始，贯穿研制、生产、飞行试验、适航审定整个过程，并在整个型号生命期内的售后服务、改进改型和事故分析中发挥不可替代的作用。

目前，国外主要航空国家像美国、英国、法国、德国、俄罗斯和日本等国的航空研究单位、飞机制造公司等都拥有自己的多套、多功能和多任务的固定基座和活动基座舱的工程模拟器和飞控铁鸟系统。其中著名的有：美国NASADryden飞行研究中心的综合试验设施ITF；美国的航空电子试验地面支持设施GSF；美国空军EdwardsAFB开发的IFAST及各种专用的综合试验设施；美国海军的F/A-18专用的综合试验设施；A-8B专用的综合试验设施；美国空军在Warner-Robin AFB的F-15专用的综合试验设施和在OgdenAFB的F-16专用的综合试验设施；法国Aerospatiale公司的Toulouse航空试验中心（CEAT），建造的A320和A330/A340的两台铁鸟，各自与具有完备人机界面及全部机载计算机真件的工程模拟器和供电网络试验设备共同布置在一个大厂房内，颇为壮观；意大利的Alenia公司工程部在Torino的系统试验设施；瑞典宇航JAS集团（IGJAS）组建了一个综合模拟试验设施；德国道尼尔公司为DO728建立的系统综合试验室。