主题：【文摘】ARJ21型支线客机 (1) -- 大漠孤烟远

飞机制造

在ARJ21-700飞机前机身与中机身、中机身与中后机身之间的对接方法上，FAI与上海飞机制造厂之间也产生了不同的看法。

“我们跟设计部门一起讨论，想用间隙对接或者原来MD-90飞机的框间对接方法，而不是目前这种无间隙对接和框上对接方法，但是，设计部门最终没有同意我们的想法。”上海飞机制造厂总工程师姜丽萍表示说。

“大部件的对接是非常困难的，我们考虑最多的就是飞机机翼和机身的对接方法，要知道，框上对接就是插入对接，要把两个不同的钢体严丝合缝地插上，这比框间 对接的方法难度大很多。”上海飞机制造厂副总工程师蒋艰解释说：“ARJ21-700飞机的全机对接方案我们与设计部门、西飞、沈飞和成飞共同讨论了至少 半年以上，我不大同意现在的对接方案，因为现在这种对接方法我们从来没有尝试过，首次应用在ARJ21-700飞机上有很大的风险性，对上飞厂也是个巨大 的挑战。在制造MD-90飞机的时候，上飞厂已经积累了一些相关的经验，当时，我提供的ARJ21-700飞机方案全机对接方案就是MD-90飞机积累的 方案，既不影响性能，又不影响旅客的舒适度，而且，每架飞机的装配时间还能缩短7天左右的时间。”

“不！一定不能再是MD-90飞机的对接方法，ARJ21-700飞机应该有自己的对接方法，一定要实现这个突破，我们一定能够做到。”ARJ21系列飞 机总设计师吴光辉对于框上对接的方案非常坚持，“我们必须不断地对自身能力提出挑战，也一定要为ARJ21-700飞机注入新的元素。”

或许，飞机的对接方法有很多种，但是，ARJ21-700飞机最终的对接方案只能有一个。

“ARJ21-700飞机的机身有2个设计分离面和4个工艺分离面，4个工艺分离面将机身沿纵向分为5段：机头、前机身、中机身、中后机身和后机 身……”FAI副总设计师谢灿军，一边在电脑上演示着ARJ21-700飞机的机身对接方式，一边解释说：“ARJ21-700飞机的机头与前机身、中后 机身与后机身之间采用框间连接的形式，就是将前后两段机身的蒙皮和长桁，分别用加强垫板和长桁接头进行连接，对接面位于两框之间。而飞机的前机身与中机 身、中机身与中后机身之间则采用的是框上连接的形式，即将前后两段机身的蒙皮和长桁在加强框上进行连接，对接面位于框上……”

“框上对接要求间隙均匀，误差不能超过1－3毫米，但是，要考虑到热胀冷缩的情况，所以，对接面上又必须留有一定的间隙，不仅要求我们，同时也要求西飞公司也要做到很精确。”在部装车间里，蒋艰副总工程师指着等待对接的ARJ21-700飞机的中机身和中后机身解释说。

“5米直径的中后机身要用无间隙对接，我们的确很担心，设计要求是无间隙套接，无论是套接过程还是套接以后的调节，都存在困难，而且套接时还必须进行蒙皮 间隙调整，滑轨间隙调整、龙骨梁安装位置调整，转折梁对接调整等，都给装配工作带来了相当大的困难。”姜丽萍总工程师解释说：“所以，我们就和西飞公司协 调，让他们把ARJ21-700飞机的前机身与中机身的连接处留了400毫米的余量，长绗和铆钉暂时都不铆上。”

“我们还专门设计了一种能够把中机身一头的蒙皮撑开的‘工艺装备’，工人们用自己制作的小插片，一点点地撑开蒙皮，再将对接的部分套进去，然后再拉出来， 涂胶后再复位。”蒋艰认为这种方法是一次极大的冒险：“框上对接不仅涉及刚性件的对接，而且还涉及到蒙皮非刚性件的对接，为了保证强度和外观，难度是可想 而知的。如果采用框间对接的方法，我只要3天左右的时间，但是，采用框上对接方法我就必须10天的时间才能完成。”

“要知道，目前，ARJ21-700飞机的机械化装配程度并不高只能达到20%，ARJ21-700飞机大部件机身对接是靠手工完成的，而波音公司、空客 公司已经达到了80%，我们仅仅停留在人家上个世纪80年代的水平。在这种情况下，要想实现一次性准确对接成功，的确是非常不容易的事。在ARJ21飞机 的总装厂房里，摆放着一些黄色的架子，那些就是用于飞机全机对接的工装型架。首先，我们在部装车间形成机头和前机身一段、外翼和中机身一段、尾段和中后机 身一段的对接，然后，再将对接好的三段飞机拉到总装厂房里，上到全机对接的工装型架上，最后就通过工人的手摇慢慢将三段飞机靠拢，实现全机身的对接。”姜 丽萍解释说：“开始的时候的确很担心，不仅因为我们没有做过，而且，也担心厂际之间的协调能否准确而有效。后来，我们在庞巴迪公司参观时，发现他们也在采 用这种对接方式，这样，我们心里就有点底了。现在，ARJ21-700飞机的机翼已经装配到第三架飞机了，情况还是非常好的，毕竟，我们完成了这次挑战。 ”

2007年6月28日，中国首架拥有完全自主知识产权的ARJ21新型涡扇支线飞机在上海飞机制造厂实现了一次性全机对接成功，标志着ARJ21飞机研制 生产取得重要突破性进展。历史就是这样，如果你错过了某个瞬间，那么，就只能通过亲历者的讲解与回忆去重新复原历史的画面了，或许，正是这种方式，让人们 可以抛开各自所承载的压力，而更加冷静地思考与审视自身。

一定程度上讲，造飞机就是制造“工艺装备”，“工艺装备”准确了飞机制造才能准确。

除了为飞机制造关键的大部件，飞机制造厂还要自己设计和制造用来装配或者制造飞机零部件的工具。在总装车间里，可以看见各种形状各异，甚至是独一无二的工 具，工人们称这些工具为“工艺装备”。这些“工艺装备”的范围非常广泛，从小到手握的设备到大型的几十米高的型架；从制造零部件的设备到装配飞机的设备门 类繁多。蒋艰介绍说：“这些‘工艺装备’都是上飞厂为ARJ21-700飞机专门设计和制造的，一架飞机能否实现精确的装配，正是由这些‘工艺装备’的设 计质量所决定的。它们必须通过苛刻的设计和制造标准，因为，飞机的许多部件必须极精确地安装在一起。这些‘工艺装备’的设计也采用了数字化设计，很多以前 需要通过模线、样板才能制造生产的‘工艺装备’，现在通过CATIA数据集，通过产品的数字化信息进行相关的设计、操作来满足生产目的。通过数字化设计， 一些需要经过大量讨论和计算的工装，只需要进行相关的干涉分析、强度校核、运动分析、数字模拟就可以解决许多不可预知的问题。”

在复合材料的制造中“工艺装备”的质量就更为重要，西飞国际副总经理许春林介绍说：“复合材料是树脂和纤维，拿在手里是软软的，就像布一样，要想构造出形 状，就必须得有个模型，然后，把复合材料一层一层地贴在这个模型上，再固化成型。这个模型就是‘工艺装备’，所以，‘工艺装备’的好坏将直接影响产品的质 量。”

“其实，制造中出现的很多问题都与‘工艺装备’的设计、设计的合理性有关，例如，ARJ21-700飞机在做气密试验的时候，发现由于应急门的安装不到 位，有1-2毫米的偏差，密封垫的压缩量不足，导致飞机机舱漏气。”FAI设计人员乐光说，“事实上，在ARJ21-700飞机的整个制造与装配过程 中，‘四大飞’也是在不断地检验自己的‘工艺装备’设计的是否合理，能否保证飞机正确而精确地制造和装配到一起，这是个自我验证的过程，一个不断迭代修正 的过程，也是个正常的过程。”乐光是蒋艰最愿意合作的年轻设计师之一，“因为，他从来不会将问题推卸到，装配现场出现问题时，他总会积极地想办法解决这些 问题。”蒋艰说。

“其实，制造中出现的很多问题都与‘工艺装备’的设计、设计的合理性有关，例如，ARJ21-700飞机在做气密试验的时候，发现由于应急门的安装不到 位，有1-2毫米的偏差，密封垫的压缩量不足，导致飞机机舱漏气。”FAI设计人员乐光说，“事实上，在ARJ21-700飞机的整个制造与装配过程 中，‘四大飞’也是在不断地检验自己的‘工艺装备’设计的是否合理，能否保证飞机正确而精确地制造和装配到一起，这是个自我验证的过程，一个不断迭代修正 的过程，也是个正常的过程。”乐光是蒋艰最愿意合作的年轻设计师之一，“因为，他从来不会将问题推卸到，装配现场出现问题时，他总会积极地想办法解决这些 问题。”蒋艰说。

在与制造部门接触的过程中，乐光感觉自己学到了很多书本上学不到的东西，更为重要的是，他开始站在制造部门的立场上思考问题，当他对一些问题把握的越来越 清楚的时候，他开始思考一些更为有效的解决之道：“比如说，一般的零件表面粗糙，我们考虑以后在零件表面增加织物，那种织物实际上就是为了润滑，因为，原 本是应急门直接去压密封条，有时候可能过于粗糙的话压缩量就不到位，同时还能解决耐磨性的问题。有些时候，整个设计看上去都很完美，但是在制造与试验中， 就会发现，一个小小的东西就会令一个完美的设计方案前功尽弃，真的是细节决定成败。”飞机设计与制造中的生动与复杂依然令乐光充满自信：“现在，我们想的 还仅仅是如何把ARJ21-700飞机的每一个部件、每一个系统安装到位，但是，我们同时也在考虑如何把ARJ21-900飞机设计的更好，更利于制造， 更能满足客户要求。”对于每一位年轻的设计师来说，ARJ21项目就像是一个生动的大课堂，在这里，他们不仅能实现专业能力的提升，更为重要的是，他们会 综合的思考问题，积极地解决问题，最终成为一名经验丰富的飞机设计师。

所有的问题都会集中在总装的时候出现，在姜丽萍看来，ARJ21项目最难的时候就是在总装的时候，“同样，目前，也是设计部门最艰难的时候，是问题暴露的 时候，在这个时候出现问题，并且能够快速地解决问题，这简直是天才才能完成的任务。我们的工人就是这样的天才，在总装现场，他们总会找出非常实用的解决方 法，例如：在ARJ-700飞机的翼身整流罩装配时，由于空间限制，从框架往面板上引孔的时候就是采用了工人师傅的创意，使用一种称之为‘芝麻钉’的辅助 工具在面板上定出孔心位置，然后进行钻孔，这种方法在很大程度上解决了由于空间限制造成的操作不方便。但是，商用飞机的管理也是非常严格的，工人所有的工 作都必须按照程序和工艺文件进行展开，不能有任何的发明创造，在生产过程中，工人的新想法是需要通过与工艺、质保协调，得到认可更改工艺文件后才能实施相 关操作。”

即使是制造得再精美的部件，最终却无法组装在一起，那么，之前所有的辛苦都将白费，而这种遗憾和令人懊恼的事情，恰恰是要到总装的时候才集中体现。厂际间 的管理协调，也就成了姜丽萍的家常便饭：“研制过程中最头疼的是管理协调，协调的过程也很痛苦。工程设计更改后，零件要重新加工，发回负责生产的制造厂， 对于双方来讲这都是非常糟糕的事情。在这种情况下，很多时候需要通过行政命令来协调，单纯依靠合同很难解决问题。”

飞机装配是整个飞机制造过程的龙头，这项复杂的系统工程，涉及飞机设计、工艺计划、零件生产、部件装配和全机对接总装的全部过程。在市场竞争以及日新月异 的新技术的推动下，装配技术经历了手工装配、半机械/半自动化装配、机械/自动化装配到柔性装配的发展历程。目前，国外蓬勃发展的柔性装配技术是一种能适 应快速研制和生产及低成本制造要求、模块化可重组的先进装配技术，它与数字化技术、信息技术相结合，形成了自动化装配技术的一个新领域。

在总装阶段，由于柔性装配技术的发展，传统的对接平台/精加工台，已经逐渐被由计算机控制的自动化千斤顶、激光跟踪定位系统、激光准直定位系统等组成的柔 性对接平台所取代，并在波音公司得到了推广应用。采用柔性对接平台，能使机体装配质量大幅提高，以满足新一代飞机气动外形高准确度的要求；自动控制，操作 简便，缩短了装配时间；能适应不同尺寸的机身机翼结构，节省了装配工装的费用。

在姜丽萍心里，她期待着实现数字化柔性装配的日子：“要知道，数字化柔性装配技术是飞机制造技术领域的一次革命性变革，它充分发挥了数字化技术在飞机装配 过程中的作用。”但是，飞机装配技术却正是中国飞机制造过程中最薄弱的环节。自动化装配程度不高、熟练工人的短缺同样也延长了ARJ21-700飞机的生 产速度，姜丽萍说：“事实上，在应用了数字化柔性装配技术之后，目前，上飞厂的工人才刚刚满足生产的需求，也将能彻底改变以模拟量传递为主的传统落后的飞 机制造协调方法。”

在波音公司，波音777飞机在总装阶段已经使用了移动装配生产线，以使这个生产系统更精益且更有效，在生产过程中，波音777飞机以每分钟1.6英寸（4.1厘米）的稳定速度前行。

移动生产线是识别和取消生产系统中浪费的最强大的工具，由于能够使问题容易发现并督促快速解决发生问题的根本原因，所以效率得到极大提高。除了生产率和质 量得以提高外，新的生产系统还能够使制造飞机的人员得到更大的保障，工人们工作起来更容易且更安全，零件和工装能够在他们需要时及时精确地送达。类似于外 科医生在手术室给病人做手术。为了使波音777飞机装配生产线在总装中移动，波音公司使用了一个与前起落架相连的拖车向前拉动飞机。拖车有一个光纤传感器 可沿着车间地面上的白线前行，在装配过程中，机械人员安装诸如座椅、行李箱和其它飞机内部的结构件，还可以进行各种系统的功能试验，这是在商用飞机制造中 采用的范围最广的移动生产线。

空客公司A320飞机的总装生产线则采取了站位式生产模式，总共分为4个站位：机身对接；机翼与机身的对接；尾翼与机身的对接工；在机坞站位主要进行最终调试和试验工作。飞机组装时采取“飞机不动人动”的流水线，不同工种工人轮番上阵，进行组装。

空客公司在欧洲的制造工厂包括总装工厂和部件装配工厂，这些工厂以近似同步化的方式生产A380飞机的各个部件并将之装配在一起。空客公司将A380飞机 的主要部分——机身、驾驶舱、机翼和水平尾翼分配到了千里之外的不同国家，在互相完全不同的工厂各自独立完成。而且，每一部件必须尽可能地完整，要装配上 所有设备、操纵系统和电缆。这些部件被称为“空中客车插件”，只需要在最后一刻，在总装生产线上将它们“插”在一起就行了。没有任何误差的余地，一个直径 为5.64米的机身段，允许的差值仅为0.1毫米，空客公司的这种装配方式需要所有参与生产的公司，经过严格的组织和训练，能够达到精确协调的情况下才可 以获得预期的效果。

与装配成熟机型生产线的井然有序相比，全新研制的ARJ21-700飞机的总装现场，总是显得手忙脚乱，所有供应商都在抢时间进行系统的安装与调试，甚至，一些装配任务已经排到了凌晨时间才能开始。

“我们的试飞改装是在见缝插针的情况下进行的，从ARJ21-700飞机下线之后，我们就一直在想方设法将我们的测试设备装进飞机。”ARJ21-700 飞机试飞总设计师魏志诚对此更有深刻的感受：“飞机试飞需要在飞机上加装一定的传感器，一定的采集系统和一定的技术系统，这样才能整理出数据，形成最后的 试飞报告。但是，试飞的改装又是基于飞机有限的空间里进行的，要等到所有的系统设备安装到位之后，才能再看是否还有足够的空间来安装我们的测试设备。”

多数情况下，飞机改装人员会对魏志诚说：“你需要为我们的设备去协调出一个位置，因为，飞机上已经没有安装它们的空间了。”试飞改装涉及到各个专业，而且 每个系统都不是独立的，几乎是牵一发而动全身，所以，可以想象，协调的难度是巨大的。“例如，一个设备是为了测试发动机的参数，但是，发动机同时又跨到了 航电系统里面，可能还会涉及到了其他很多系统，这种情况下，这个测试设备的安装可能满足了发动机的测试要求，但是却对其余系统产生了影响。这时候，我们就 必须想办法解决这些问题，让所有的工作都能顺利进行。最令人头疼的还是测试超临界机翼的电缆，这种机翼翼型空间本身就非常狭小，飞机自身的电缆都很难通 过，那么，再为试飞改装的电缆寻找空间，难度是可想而知的。”魏志诚说：“最终，我们还是把位于客舱的12台测试机柜和分布于飞机多个部位的测试传感器全 部安装到位，贯串于飞机各个部位，各式各样的测试电缆就有15000米，101号飞机的工作量相当于过去几架新机的测试改装工作量。而且，每一架飞机的测 试任务也都不一样，101号飞机主要是对飞机操纵系统的测试，风险性比较大；102号飞机主要测试动力装置和载荷，也就是加载模拟飞机在空中飞行的各种姿 态，虽然试飞测试改装工作量会更大，但是试飞风险并不是很大；103号飞机主要测试航电系统；104号飞机最主要的任务就是适航取证，可能还会有像自然结 冰等一些补充任务的试飞，具体还是要看项目的进展情况。”

每一个飞机制造厂都认为自己在项目中承担了重要的工作。

原西飞公司总经理高大成说：“西飞公司承担了整机制造任务量的60%以上，而超临界机翼的研制更是ARJ21-700飞机决定成败的一项关键技术。”

ARJ21-700飞机机翼长达13米，是我国首次在航空制造业中采用超临界机翼制造技术，研制过程中，涉及到大型机翼壁板数控加工、数控喷丸成形、化学铣切、自动钻铆、钛合金滑轨零件机械加工和火焰喷涂等一系列关键技术，在国内航空制造业中均属首次应用。

用手抚摸超临界机翼外表面的时候，会感觉到，这个特殊的机翼结构既有弯曲，又有扭转，还有弯折，这些特殊的形状变化都要在一个高强度铝合金平面上同时实 现，如何才能做到呢？在西飞公司的喷丸成型现场，西飞国际副总经理许春林，指着一个带有6个喷嘴的机械手介绍说：“就是用这个，在高压空气的带动下，无数 的金属弹丸从这个喷嘴里喷射出来，形成一个弹丸流打在ARJ21-700飞机的下后壁板上。每个弹丸打在壁板上都会形成一个微量的变化，多个弹丸打上去之 后，就集合形成一个大的变化，从一个点到一个区域，再到一个表面，ARJ21-700飞机下后壁板的外形就是在这些金属弹丸的打击下最终成型的。”

沈阳飞机工业(集团)有限公司副总经理陈永满说：“沈飞公司作为ARJ21新支线飞机主要参研单位，承担飞机尾段、发动机吊挂、无线电架、全机电缆和方向舵研制工作，工作量占整个机体制造的四分之一。”

“ARJ21-700飞机是个全新的飞机，其中，发动机和机身连接的发动机吊挂是一个关键部件，而且，位置处于高温区，采用的材料主要是钛合金和一些不锈 钢材料，加工难度和装配精度都要求比较高。”中国一航沈飞民机有限责任公司工程研发中心副主任柳作宇说：“当年在制造MD-90飞机的时候，我们也接触过 类似的发动机吊挂，从当时的制造能力和技术水平来说，我们是不敢承担这部分工作的，当年，两架MD-90飞机的发动机吊挂是我们买来的，没有自己制造，而 ARJ21-700飞机的发动机吊挂，我们从开始的研制到最后的制造，用了不到10个月的时间就全部完成了。我们一直对完成这项制造充满信心，也相信有能 力解决过程中出现的问题，事实上，我们也的确做到了。”

沈飞公司制造的ARJ21-700飞机全复合材料方向舵，是ARJ21-700飞机上唯一的一个全复合材料的结构部件，占到全机复合材料应用量的70%。 柳作宇说：“虽然，ARJ21-700飞机复合材料的应用采用了相对保守的比例仅有1%，但是，我们的设计人员与制造人员却在过程中得到了很好的锻炼，毕 竟，任何一种先进制造工艺的应用，最终体现在飞机上的都是设计水平和制造水平的一个综合能力。”