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C919,起航!交大团队助力国产大飞机“破茧化蝶”
日期:2022.10.22

2022年9月,C919大型客机完成

全部适航审定工作

获中国民用航空局颁发的型号合格证

将于2022年底交付首架飞机

C919大型客机研制成功

标志着我国具备自主研制

世界一流大型客机能力

是我国大飞机事业发展的重要里程碑

追梦五十载“破茧化蝶”

交大力量助力大国工程

今天,让我们走近

C919背后的交大故事

交大团队助力国产飞机“破茧化蝶”

“不可或缺”,交大团队介入“大型飞机”

国家重大专项十余年

  上海交通大学航空航天学院结构强度团队组建于2005年1月,民机结构强度综合实验室成立于2009年10月。团队创立之初,本着“建一流团队、创一流成果、育一流人才”的信念,经过多年深耕细作,在飞行器结构设计、强度分析、试验验证和先进复合材料应用研究等领域取得了许多研究成果。自团队成立至2015年8月由汪海教授领衔,从2015年9月起学院任命余音教授任团队负责人。团队始终站在大飞机事业发展的前沿,与中国商飞、中航工业等单位多年来形成紧密合作关系。

专家们在空天学院合影留念

  2009 年 11 月 23 日,上海交大与中国商飞上海飞机客户服务有限公司共建中国商飞上海飞机客户服务有限公司民用飞机维修工程研究中心框架协议正式签订。此外,西北工业大学、南京航空航天大学、中国飞机强度研究所、中航工业上海航空测控技术研究所等四家单位也作为共建单位在协议上签字。至此,上海交大完成了同中国商用飞机有限公司下属的设计、制造、客服三大中心的全部合作协议签订和联合研究中心建立。

  2011年9月28日,在中国商飞设计人员和实验室团队师生的共同努力下,C919大型客机复合材料水平尾翼静力试验在团队试验大厅圆满完成。此后,团队还承担了机身复合材料后压力框、复合材料水平尾翼等部段的联合设计与试验测试任务。上述任务的成功完成标志着我校已成功介入“大型飞机”国家重大专项任务,并成为大飞机研制工程中不可或缺的重要组成部分。

  2015年以来,实验室获得了中国民用航空局颁发的“航空材料及工艺方法的试验和鉴定”委任单位代表证书,以及中国商飞试验资格合格证书、中国合格评定国家认可委员会(CNAS)-实验室认可。

  2016年团队加入了上海适航审定中心牵头的国家某重大专项的项目团队,历时5年,团队主力成员全员参与,圆满解决了C919大飞机结构强度方向适航取证急需的难题,团队能力进一步得到行业认可。

  近年来,团队承担了一系列与适航取证工作密切相关的试验任务,均圆满完成。

  2020年7月30日,“C919飞机方向舵后缘连接强度试验”由上海交通大学结构强度团队圆满完成,该试验是C919飞机复材结构验证试验中第一个组件级试验,也是第一个在高校进行的C919组件级强度适航验证试验,对课题组意义重大,标志着交大成功承接大飞机组件级的适航试验工作。经过多年的实验室建设和成员的不断努力,上海交大成为国内承担大飞机结构适航项目的唯一高校。

  今年3月受疫情影响,交大承担的C919平尾、垂尾损伤特性试验是两项重要的适航验证任务,此时,相关的各项试验在全国各承试单位如火如荼开展,正处于攻坚关键时期。为确保今年顺利完成C919飞机的适航取证工作,留校教师响应学校号召积极投入到抗疫工作,与此同时也分秒必争地开展试验工作,船舶海洋与建筑工程学院相关团队也提供了强有力的支持。从寒风料峭的早春,到赤日炎炎的夏天,大家以实验室为家,凭借高度的使命感和责任感,连续奋战三个月,克服重重困难,加班加点,守住了大飞机试验任务的关键节点,为国产大型客机攻关突击赢得了战略主动,圆满地完成了这两项重要的适航验证试验任务。

以实验室为家
艰苦奋战 直至胜利
两座灯火通明的实验

“数字制造“,交大团队攻克大型客机

机体数字化装配关键技术及集成应用

  针对C919大型客机的六大先进技术,机械与动力工程学院林忠钦院士领衔的薄板结构数字化制造团队在数字化制造与装配方面贡献了智慧。

  2008年,在C919型号的启动阶段,机械与动力工程学院制造团队和商飞制造公司合作成立了“先进制造技术联合工程中心”。双方在此平台上开展了深入的合作, 围绕产品自主开发需求,合作攻关数字化装配工艺及装备设计技术研究。

林忠钦院士与中国商飞试飞中心主任钱进在C919首飞机组合影

  在民机数字化装配协调与容差分配、制造数据符合性管理技术、虚拟装配、总装移动生产线、总装密封性能检测与功能模拟、总装对接协调控制、复合材料金属组合结构连接一体化制孔等关键技术上取得了一系列突破,搭建了飞机大部件自动装配、柔性导轨制孔等实验平台,开展了数字化装配协调与容差分配技术研究,为C919总装试制提供了关键技术支撑与验证。

  交大师生与商飞制造航研所和制造工艺部研发团队深度合作,扎根研制现场,分析工艺并归纳总结了C919型号6种装配特征29类典型协调问题。通过“民机薄壁件装配过程变形机理分析与误差控制技术”等工程项目,持续开展了C919“等直段框上套接协调”与“后机身+平尾协调”等关键案例实施,助推企业提升面向“基于模型定义MBD”的数字化工艺设计与质量控制研发实力。

  合作攻关期间,双方通力协作开发并联合申请了“飞机舱段大型复杂壁板装配形面多端面柔性测控系统”等十多项发明专利,以及“飞机数字化装配偏差分析系统AVA-A”等多项具有完全自主知识产权的软件,为国产大飞机工程提供了助力。

  2011年复杂薄板产品装配的数字化工艺设计与装备技术荣获国家科技进步二等奖,2017年“大型客机机体数字化装配关键技术及集成应用”获上海市科技进步奖一等奖。

“漫天飞雪”,为C919飞机APU进气系统

降雪扬雪试验造雪改造升级

  上海交通大学制冷与低温工程专业建立于1956 年,是我国最早的制冷低温专业。机械与动力工程学院吴静怡教授领衔的低温工程团队面向航空航天、船舶海洋等国家重大工程,长期从事低温环境模拟、低温流动与传热相关的基础科学和关键技术的研究,积累了丰富的理论成果和工程经验。在国产C919飞机的研发过程中,与上海飞机设计研究院积极合作,开展了极端气候环境试验室的建设和关键试验设备的研制工作,为自主化国产大飞机的成功试验和试飞提供了保障。

  2019年团队接到了研发了雨风洞试验室MOC4试验淋雨工况和吹雨工况模拟设备的任务。对雨雾模拟系统完成了喷淋排架设计校核、降雨强度标定、降雨均匀度优化等工作,对飞机驾驶模拟舱完成了内饰的设计、关键器件的选型、风载和承重校核等工作。该系统实现了模拟起飞和着陆阶段特大暴雨、强风暴雨等风挡雨刷系统的真实工作条件。为风挡雨刷系统工作时的驾驶舱视界提供了地面验证环境,为雨天条件下的符合性飞行试验提供了硬件条件。

  2020年12月,团队针对MOC4试验,与上海飞机设计研究院就降雨强度等效方法、试验状态点选取、试验构型等关键信息进行了多轮讨论,确保了试验程序的合理性和验证的充分性,并成功开展了C919飞机风挡雨刷系统试验室试验,验证了风挡雨刷系统在大雨条件下保持驾驶舱清晰视界的能力。

  2021年9月,团队承担了“C919飞机APU进气系统降雪扬雪试验造雪设备研制改造”项目。为了赶在适合C919飞机的低温气候环境窗口进行标定试验,吴静怡教授组织多名项目经验丰富、参与过航天高低温环境模拟舱建设的老师进行攻坚克难,在炎炎夏日里,通过搭建的低温液氮模拟低温环境系统,在上海实现了“漫天雪花”的前期模拟验证试验,得到可以实施的造雪改造技术方案。

“敦煌飞天”,保障C919飞机最小机组

模拟器试验及试飞试验成功

  电子信息与电气工程学院傅山教授领衔的机环智能团队长期致力于“人在环复杂系统理论”为基础的人为因素研究。人在环复杂系统理论是支撑复杂装备系统的总体设计能力及使用效能的重要基础理论,重点针对装备系统中由于人的不确定性而导致的系统的复杂性。研究建立了完整的、定量的、实时的复杂装备系统人机交互行为的推演及系统效能的评价理论和方法;提出了分层次、多参量、动态的复杂系统人机一体化的效能综合评价体系;构建具有人为因素研究能力和工程应用能力的硬件实验环境和软件系统,解决复杂装备系统人为因素的设计与验证的工程问题。研究工作致力于构建普适性的人因工程设计体系与工具的系统研究,服务于多类复杂装备的人机交互系统的设计和智能化发展。

  人机环智能系统团队紧密结合国家重大需求,自2009年就开始规划、研发具有完全自主知识产权的人为因素研究方法和系统工具。通过国家重大课题与工程实际的结合,形成了目前国内外民机研发过程中所采用的最严格、最先进的试验验证方法及系统;并于2014年经受了国产ARJ21飞机项目的考验,在C919飞机项目中进一步发展应用。团队开展多层次人因工程专业工程培训工作,特别在民用航空领域培养了数十位得到国际专业机构认证的人因工程专家,为我国人因工程的培训工作提供了宝贵的经验。团队在研究方法、系统工具、人才培养等多方面有力支撑C919飞机驾驶舱设计与适航符合性验证工作。

  中国民用航空规章运输类飞机适航标准CCAR 25.1523“最小飞行机组”条款是现行航空适航体系中事关驾驶舱人为因素领域最重要的条款,航空人为因素是航空事故最主要的成因,因而该条款的适航符合性验证受到中国民航及中国商飞公司的高度重视。上海交通大学人机环智能系统团队与中国商飞通力合作,攻坚克难,完成了C919飞机最小机组近千小时的模拟器试验及试飞试验。尤其面对时间紧、任务重的试飞试验,团队克服疫情期间种种困难,一方面多方协调确保试验设备到位,另一方面自驾两天两夜远赴敦煌确保试验人员到位,全力保障C919飞机最小机组的所有试飞任务点的圆满完成。在模拟器试验期间,团队师生日夜奋战,配合试验任务的开展,并在短短20天内完成所有模拟器及试飞数据的处理和分析工作,完成适航审定计划规划的所有活动,有力保障了C919飞机CCAR 25.1523最小飞行机组条款的关闭。


“首创陶铝”,助力民用客机材料攀登

材料界的“珠穆朗玛峰”

2018年12月11日,中国商飞董事长贺东风、中国铝业董事长葛红林考察陶铝新材料,上海交大林忠钦校长陪同参观

  陶铝新材料是上海交通大学材料科学与工程学院王浩伟教授团队针对国家重大战略需求,耿心不寐攻关30年研制出的具有完全自主产权的原创新材料。自2012年起已规模应用于国家专项装备、“天宫一号”、“天宫二号”、量子卫星和“风云四号”卫星等型号。

  C919设计之初,机身材料均采用进口七系和二系铝合金,此外为了争取5%的减重,大胆地采用了进口三代铝锂合金做机身蒙皮和支撑零件。然而,随着中美贸易摩擦的升级,大飞机材料的国产化日趋紧迫。

  2015年10月,时任C919总师的吴光辉院士带着寻访高性能国产新材料的期盼来到上海交大王浩伟教授团队,在参观完团队多年以来为国家重大装备提供关键支撑的零件展示,听取了纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的汇报后,顿觉眼前一亮,激动地表示“仿佛看到了一轮初升的太阳,有望继木材、钢铁、铝合金之后成为新一代的航空新材料”,并满怀希望的为材料取名——纳米陶瓷铝合金。

  “一代材料,一代飞机”,民用客机对所用材料的安全性和可靠性要求极为严苛,因此研发新型航空材料被誉为攀登材料界的“珠穆朗玛峰”。为了征服国产航空新材料这座“珠峰”,商飞组织西南铝业、西北铝业、南山铝业等多家单位一起参与了国家工信部《国家新材料生产应用示范平台建设》和《民机高强高模铝及铝锂合金型材研制及应用研究》项目,开展进口牌号的国产化仿制和替代。陶铝团队作为创新替代的主力军,承担了“换道超车”——开展拥有完全自主知识产权的陶铝材料大飞机应用开发的工作。

大飞机用陶铝航空型材(不同截面)

  7年来,王浩伟教授带领团队始终坚守在攻关第一线,长期扎根生产基地,终于在2021年底完成了陶铝新材料的规范建立并获局方批准。大量严格试验数据表明,陶铝静力学性能和疲劳性能都显著超越进口三代铝锂合金2196,同时,性能波动水平Cv值均在2%以下,远低于传统铝合金要求的5%。这是从无到有的突破——创立了历史上首个中国人自己的航空材料牌号CA7075-3.5!创建了一种高强高模航空铝合金体系!

  目前,陶铝零件已随015+架机完成TC(证明型号设计满足适航规章条款要求的型号合格证)取证,正开展陶铝装机零件批产,首批装机62件,减重11.5%。不久的将来,交大陶铝将随C919一起翱翔蓝天!

“突破标准”, 攻克国际最新适航标准的

结冰预测及高效能防冰设计等关键技术

  上海交大航空航天学院刘洪教授牵头的总体气动团队,积极参与了上海飞机设计研究院大型客机减阻机理及方法、大型客机多段翼型优化设计、C919翼身/发动机一体化气动优化设计与计算、C919飞机低速构型流动控制技术方案设计与应用等关键技术攻关项目研究,双方进行了良好的科研协作。

  自大型民机研制以来,团队先后提出了宽域水滴环境结冰非稳态理论和模拟算法,突破了国际最新适航标准的结冰预测及高效能防冰设计等关键技术,在先进减阻增升技术、一体化组合体综合优化设计技术上也有所贡献,成果在我国C919等大型民机的研制中发挥了应有的作用,为大型民用客机全天候安全高效的飞行提供了支撑。

“组团参证”,成立专班赴商飞集中

参加大型客机联合论证

  应中国商飞邀请,经校领导研究决定,于2008年7月初正式派出了10名教师赴中国商用飞机有限公司集中,与来自其他四十余家单位的专家一起,参加大型客机联合论证工作。在6个月的紧张工作中,他们肩负着上海交通大学和中国商飞的双重使命,克服了来自工作、家庭、交通等各方面困难,出色地完成了论证工作,并在中国商飞召开的联合论证工作总结大会上获得表扬和纪念奖牌,为上海交大成功介入大型客机项目和树立在航空领域中的地位做出了重要贡献。

  这10名教师在派出期间辛勤工作,表现出色,他们在近180天的派出时间里,成功建立起相关学院教师与联合论证工程队责任专家之间的密切联系及有效沟通,在总体气动、结构强度、综合航电、先进制造、材料适航等专业完成了在中国商飞C919型号研制中的立项和合同签订工作。

“共谋发展”,共建上海商用飞机

系统工程科技创新中心

  2017年5月,C919首飞以后,中国商飞面临着最大的挑战是C919型号的适航取证问题。为此,中国商飞需要参照国际公认的研发流程和体系,采用系统工程的方法来构建大飞机取证所需要的完整证据链,以表明C919飞机的符合性。

  为此,中国商飞决定与上海交大合作,共同构建商用飞机系统工程科技创新中心,依托航空航天学院建设。通过充分发挥学校的多学科优势,解决商用飞机研发过程的适航证据链构建问题,突破国产大飞机适航取证的难关。

  自中心成立以来,双方团队在人才培养、科技开发和型号攻关等方面开展了多项合作。在人才培养方面,科创中心组织优秀老师与中国商飞团队一起,建立了商用飞机系统工程的人才培养体系,有力地支撑了大飞机研制体系的建立和适航证据链的构建。在科研合作方面,科创中心推动双方科研团队建立了紧密的合作关系。目前,科创中心已经连续支持了三批重要科研课题,全方位支撑了C919飞机的适航取证工作。

“特班培养”,成立商飞班为大飞机

事业输送一流人才

民机设计特班开学仪式


  2008年,为配合国家重大专项“大型飞机工程”落户上海,学校开设了大型民用飞机“特班”,开始有计划的打造民机设计人才的重要培养基地;2015年4月,学校与中国商飞再次续签全面战略合作协议,成立“商飞班”,从招生方向设置到导师选配、科研训练都直接服务于C919型号研制任务。2021年,航天航空学院携手中国商飞首开面向专业学位研究生的校企联合“定制式”课程《民用飞机机体设计与验证》,双方共编教材、联合授课,依托C919等型号案例、开展现场教学,在研制和试飞一线为民机事业培养卓越人才。

中国商飞党委书记、董事长贺东风与空天学子面对面交流

  中国商飞为学院研究生整建制长周期实习做好充分的保障,学生们在企业实习中涵养行业情怀、了解企业文化、坚定就业信心。据统计,已有六届商飞班、四届莫航班近200名学生赴中国商飞开展长周期实习,近150名优秀毕业生留在实习单位开启“大飞机人”的职业生涯。在C919飞机试验试飞一线攻关中,涌现出大批交大航空航天学院杰出毕业生。航空航天学院与中国商飞的紧密联合得到了中国商飞党委书记、董事长贺东风的高度评价,在多个场合表示中国商飞和交大的优势互补、强强联合是校企合力育人的成功典范。

近日,交大收到了来自

中国商用飞机有限公司

关于 C919 大型客机研制成功的感谢信

信中感谢了交大团队在

大飞机科技创新、校企合作等方面

给予的大力支持和帮助

“大鹏一日同风起,扶摇直上九万里。”

国产大飞机正在“破茧化蝶”

助力国产“大飞机梦”

交大人,在路上