什么样的飞机才是好飞机
——C919大飞机的设计与制造

黎先平 王冬

设计师说

2017 年 5 月 5 日，我们的国产商用大飞机中国商飞C919 在上海浦东机场一飞冲天，瞬间造就了一个新的网络热词“国产大飞机”。到底C919 大飞机和我们现在的民用飞机有什么不同呢？为了将大飞机打造成好飞机，中国商飞人又做了怎样的努力？在设计师的眼中，什么样的飞机才是好飞机？

安全、经济、环保、舒适

古人向往能像鸟一样飞翔，从《墨子·鲁问》中“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下”，到莱特兄弟发明飞机，对飞机的研究其实很多时候是在研究仿生学。

C919是我国自主研发生产的商用大飞机，达到了国际先进水平。

什么样的飞机才是好飞机呢？一句话很难回答。是不是好看的飞机就是好飞机呢？好看的飞机一定程度上是好飞机。从航空公司的角度来讲，一架赚钱的飞机才是好飞机。而对设计师来说，一架好飞机首要是安全，这是最重要也是所有人在乘坐飞机时最关注的一点。其次是经济、环保，还有乘坐舒适。

C919 是 2015 年 11 月 2 日下线的，当时飞机结构已经全部安装好，里面的系统也调试完毕，但是试验还没有完成。又过了 1 年多，到了2017 年 5 月 5 日才正式试飞。试飞那天是个阴天，在此之前军用飞机或其他商用飞机的首飞，一般都选在晴朗的好天气。除了便于观赏外，更重要的是晴天飞行员视线清晰，看跑道也更清楚。但是这一天，所有的嘉宾都已经到了现场，到底飞不飞？这是一个很艰难的决策。但是商飞的设计师们有信心，飞行员训练了很多次，飞机上的仪器设备也经过了充分的检验。阴天正好可以考验飞机设备和飞行员的训练水平。这一次的试飞，飞行员在天上总共做了 15 个课目的动作，飞行路线是从浦东国际机场到崇明岛上空，时间被控制在一个半小时。中国商飞全程直播了这一次飞行的驾驶操作，这是波音、空客都没有做过的事情。

谱写一首自己的歌

“飞机研制，犹如谱写一首自己的歌。”今年已经 87 岁的程不时先生是中国第一代飞机设计师，中国第一架大型民用飞机“运 10”副总设计师。他感慨地说：“设计飞机是带着需求去设计的，每款飞机都是不同的。C919 不是在前人的曲子上填词，而是重新作一首新歌。”这个比喻用在飞机设计上十分恰当。很多人问飞机设计师，C919 和现在常见的空客、波音的飞机看起来差不多，为什么当初不仿制？

“设计飞机不仅要知其然，还要知其所以然。飞机是仿制不来的，仿制一款飞机意味着不可能对其进行任何改动，否则一个微小的变化都可能影响飞机的安全。飞机设计这一关是必须攻克的。”上海飞机设计研究院的设计师张淼如是说。C919 是我国拥有完全自主知识产权的飞机，从机头、机身、机翼，到翼吊发动机等设计均由上海飞机设计研究院自己的团队完成。

C919 的设计，从气动力到外形，每一部分都凝结了中国飞机设计师的心血。特别值得一提的是，C919 的机翼和常规机翼不一样。

飞机为什么能飞到天上去？因为机翼能产生升力，但是机翼形状不同，产生升力的效果也不同。民用飞机飞行时间较长，而且有省油的需求，因此中国的设计师们设计出了超临界机翼，这种机翼可以产生更大的升力。这是中国人第一次设计超临界机翼，光图纸就画了 2000 多份，集中了几百人的力量，做了大概 500 个机翼模型，从中选取 8 个翼型进行风洞试验，最后才有了C919 现在的机翼形状。首飞的成功印证了我们的设计，中国人自己设计出了超临界机翼。用于减少阻力的翼梢小翼，同样也出自中国人自己的设计，在最初七八百份设计图稿中，不断地对比、筛选，最终选择确定。

控制律是飞机控制系统形成控制指令的算法，它的设计对于飞机来说至关重要——它关乎安全。控制律如果设计得不好，飞机就有摔下去的可能。中国航空史上就曾因为控制律问题发生过坠机事故。这方面最省事的解决办法就是直接从国外进口控制律设计，但是美国严禁任何控制律技术以任何形式向中国出口。最后我们自主研发，攻克了控制律这一难题。

新材料的使用也是C919 的一大亮点。全机的机体总设计用了 20%—30%的先进材料，包括铝锂合金、钛合金及 3D打印成形的合金。多种先进材料大规模应用国产民航机尚属首次。第三代铝锂合金材料、先进复合材料在C919 机体结构上的用量分别达到 8.8%和 12%；钛合金和其他合金的用量也分别达到了 9.3%和 18%。另外，机舱内部首次启用芳纶纤维制作椅罩、门帘，使得飞机减重 30 千克以上。

国产大飞机的研发带动了高端制造业的发展。中国商飞攻克了 102项国家级关键技术，相关材料、工艺、数控机床、动力控制都得到了发展。C919 的研发首创了在地面模拟天上飞行的集成试验。设计师将电源、动力、航空电子等系统全部集成，飞行员在地面上就可以得到和在空中一样的飞行感受。所以也可以说，C919 的“首飞”是在地面上完成的。全国 22 个省市、242 家企业、36 所高校、数十万名产业人员都参与了C919 的研制。

为了实现安全、环保的目标，C919 采用的是国际标准市场最先进的标准。C919 出现灾难性事故的概率比人走在平地却不小心摔死的概率还要低。至于环保，C919 采用了新研制的发动机，其噪音和排放物都低于国际标准。

如果将C919 和空客、波音的飞机相比，谁能胜出？波音 747 的系统比较落后，它现在已经慢慢退出历史舞台。波音 787 是美国波音公司2009 年推出的全新型号，它的先进材料使用率达到了 50%，超过C919。C919 和波音 737、空客A320 旗鼓相当，它们能容纳的乘客数也差不多。但是C919 是有优势的，它的速度比A320 快，而机身比 737 宽，座位也更舒适。第一架波音 737 首飞是在 1967 年，第一架空客A320 在 1987 年首飞，C919 呢？还不到一岁，但是这个后生绝对可畏，未来的天空一定也会有C919 和比C919 更新的国产飞机。

九年磨一剑，中国的国产大飞机终会一飞冲天。

乘客说

换一个视角，从乘客和航空公司的角度看，什么样的飞机才是好飞机呢？

机票贵吗？

现在，我们的天空已经布满了航线，每天都有许多飞机从我们头顶飞过。截止到 2016 年，全球搭乘过商业航班的约 36 亿人次，中国约 8.3亿人次。那么多人乘坐过飞机，都有什么体验呢？许多人都给出了一个字——贵，这个字特别恰当，真的是挺贵的。

机票价格到底有多贵呢？我们来比一比铁路价格。动车组二等座的基准票价，每千米每座 0.31 元，一等座是 0.37 元。高铁列车二等座是每千米 0.49 元，一等座是 0.78 元。从北京到上海 1000 千米，大家可以算一下票价是多少。我们再来看飞机。1989 年，国内航线经济舱基准票价为每座每千米 0.20 元，从北京到上海的票价是 200 元，但当时很多人的工资都没有 200 元。现在是每座每千米基准价 0.75 元，跟高铁一等座基本一致。这是发改委确定的基准价格，各个航空公司可以根据需求自行调整票价。

航空公司眼中的好飞机

那站在航空公司的角度来看，怎样的飞机才是好飞机呢？以中国东方航空公司为例，它在 2016 年《财富》杂志评选的中国企业 500 强里面排第 63 位。这是什么概念呢？它的年营业收入是 938 亿元人民币，接近1000 亿元，有 70 000 多名员工，飞机超过 450 架，而每架飞机都要上亿元，是世界第七大航空公司。但是东航一年利润有多少呢？2015—2016财年它挣了 45 亿元人民币，利润率是 4.8%。2016 年《财富》杂志中国企业 500 强第 62 位的公司，营业收入是 944 亿元人民币，员工有 35000人，利润率是 73.1%，利润是 690 亿元人民币，这家公司就是阿里巴巴。和阿里巴巴这样的企业对比，航空公司利润率是非常低的。

我们可以看一看波音 737 的客舱。这是现在航空公司最普遍的机型，C919 将来也很可能是这样子。客舱内可以容纳 180 人，然而一趟航班坐满乘客，按照利润率算实际上只赚了一排的钱。这样一算航空公司也挺不容易的。所以对于航空公司来说，赚钱的飞机才是好飞机。

乘客眼中的好飞机

对于乘客来说，最希望一架好飞机提供什么？舒适。特别是长途飞行，在经济舱坐上十几个小时简直令人崩溃。飞机上能不能有像火车一样的卧铺？实际上是有过的。60 年前的波音 377 飞机就已经有卧铺了。波音377 是 20 世纪五六十年代的螺旋桨客机，而且有双层客舱。波音 377 是从军用运输机C97改装过来的。C97不是一个在航空史上特别有名的飞机，但它有一个非常有名的前身——战略轰炸机B29，它是“二战”时期美国最强的战略轰炸机，是历史上杀人最多的武器，就是这型号的飞机在广岛和长崎投下了两枚原子弹。1945 年，美国投下两枚原子弹后“二战”结束，大量军用飞机失去了用武之地，于是就被改装成了运输机，后又改成了民用机。那时候波音 377 并不是非常成功，因为赶上了喷气式飞机时代的到来，它很快就被淘汰了，但是它是有卧铺的。

现在有的飞机上也是有卧铺的，比如美国总统的私人飞机上就有卧铺。不过即便你没有私人飞机，还是有可能在飞机上享受卧铺的，著名的阿提哈德航空公司超级头等舱有双人床，还可以在飞机上淋浴。但是这要花多少钱呢？从阿布扎比到伦敦差不多 10 万元人民币。

机舱大改造

除了我们常见的机舱设计外，飞机的设计师们针对客舱也提出了各种各样的改造设想。比如上下层的卧铺、面对面的座椅，还有特别胖的乘客可以购买 1.5 个座位——将经济舱固定的三个座椅改成两座，空客公司甚至一度设计出了站立式的座椅。一家航空公司一度想要引进这种座椅，这样飞机客舱就能容纳更多的人。但是最后没有任何一家航空公司采用这样的座椅。为什么呢？这是出于安全考虑。因为适航认证机构要求所有的飞机都必须满足一个要求：在出现紧急情况时，90 秒内乘客必须全部撤离。飞机越大，安全出口越多，安全通道设计也越复杂。站立式座椅的设计太挤了，无法通过 90 秒的测试。虽然价格是非常重要的因素，但无论如何安全是第一位的。

好飞机=好设计+好保养

近几年，有一种飞机和不安全几乎画上等号，它就是图波列夫—154（简称图—154）飞机。2009 年 7 月 15 日，伊朗里海航空公司一架载有168 人的图—154 客机在伊朗西北部加兹温省坠毁，飞机上 153 名乘客和15 名飞行乘组人员全部遇难。2010 年 4 月 10 日，波兰时任总统卡钦斯基所乘图—154 专机在俄罗斯西部城市斯摩棱斯克降落时坠毁，机上 96人不幸全部罹难。2016 年 12 月 25 日，俄罗斯国防部所属一架图—154飞机当天清晨在黑海海域坠毁，飞机上 84 名乘客和 8 名机组人员无人生还。这样的悲剧一再传来，大家都将图—154 和不安全联系在了一起。

图—154 的设计究竟有什么缺陷，导致频繁发生事故？原因是它的防错设计非常糟糕。图—154 在中国也曾经发生过两次重大空难，最后调查发现是两个插头插反了。这两个插头唯一的区别是颜色不一样，插头插反导致飞机出现严重故障而失事。所以，一个好的飞机，关键是要有安全设计。

如果我们近距离观察飞机，会看到机身有许多补丁一样的东西，为什么飞机打了那么多补丁？这也是安全设计。这些补丁都是检查口盖。飞机里面有许多零件可能损坏，需重新检查，每次飞机落地后起飞前，都必须检查这些零件。我们不能把飞机拆了，所以哪些零件容易坏，在需要检查的地方就留下这样的盖子，方便打开及更换零件。安全的设计与严谨的检修相结合，共同构成一架好飞机。

“是不是好看的飞机就是好飞机？”我们不妨听听法国飞机设计师达索（Marcel Dassault, 1892—1986）的一句名言：“漂亮的飞机一定是好飞机，这是直觉。”

展望未来

我们最快什么时候能乘上C919 呢？这不是一个容易回答的问题。商飞公司自主研发的第一架飞机ARJ21，从首飞到取得合格证花了6年时间。首飞只是成功的第一步，后面的路还很漫长。不同的国家有不同的适航标准，要满足全球各国的几百条条款，需要一项项试验，这是一个艰难的过程。例如自然结冰试验，ARJ21 在加拿大才找到了满足条件的气象环境。C919取得合格证也许不需要6年那么久，但是还需要我们耐心等待。

拥有多项自主知识产权的C919，会不会在外形上也有突破之处？例如：会不会有落地窗呢？落地窗可以实现，但是需要靠未来的高科技。飞机舷窗的大小不一，舷窗越大，就越需要加固周围结构。今天各种大飞机的机身全部采用复合材料，落地窗的设计会将结构和机身都打断。为什么我们说可以靠未来的高科技实现呢？波音 787 飞机的舷窗——电子舷窗——给了我们答案。电子舷窗可以变大、变暗、变颜色。今后的飞机可能没有舷窗，采用电子舷窗看外面的景色。因为飞机上都是探头，所有看到的都可以是实景。电子舷窗不仅是落地窗，还可以是看到整个天空的天窗。在飞机上的飞行就好像在空中飘一样，这一切都可以靠未来的科技实现。