5月4日，国产大型客机C919的101架机停靠在位于中国商飞公司祝桥基地的试飞中心内。这是我国自主设计研制、具有国际主流水准的干线客机，将于5月5日完成首飞。

    5月4日上午，C919的总设计师吴光辉还在基地的机库内忙碌着，首飞的日子就要到了，作为总设计师，吴光辉的心情既激动又平和。

    “首飞是一款新型飞机研制的重要节点，我作为设计师十分激动，但同时我又要不断提醒自己要冷静下来，多想一想，首飞中还会出现什么问题。”吴光辉说，“整体而言，我们的试飞员做好了充分的准备，前期的滑行试验也比预想的好。”

    走进机舱内，吴光辉向记者介绍了C919的设计由来与技术突破。作为总设计师，C919大到外形构造，小到系统接口都深深刻画在自己的头脑中。

    自主设计，对于一架飞机意味着什么？吴光辉告诉记者，拥有完全自主知识产权是针对飞机整体设计来说的。这主要体现在三个方面：第一，根据市场需求，设定设计方案。“我国已经有了新支线客机ARJ21，原本我想设计更大的飞机，但经过市场调研，150座级的客机是市场上的主流机型，市场前景最好。因此，我们以首先满足国内市场需求为导向选定了这个机型。”吴光辉说。

    第二，零部件供应需符合设计方案。C919的供应商来自全球，其中不乏同样为空客和波音的供应商，而需要什么样的零部件，对其有怎样的技术要求，这是由中国商飞决定的。“供应商可以来自全球，但零部件的供应需符合飞机设计的要求，这体现出我们的自主权和决定权。”吴光辉说。

    第三，系统集成掌握在自己手中。一架大型客机是复杂的系统集成工程，不同的系统集成在一起需要满足哪些要求，这一控制方案掌握在设计团队手中。“中国商飞的知识产权也体现在对系统之间的集成控制上。C919飞机上有几百万个接口，这关系到液压、航电等多系统之间的关联，绝不是简单的拼接，如何关联，就取决于飞机的设计方案。”吴光辉说。

    飞机设计研制是一项科技攻坚的大型工程，为此中国商飞公司团队实现了102项关键技术攻关，主要涉及气动技术、新材料、强度设计等方面。

    吴光辉说：“C919设计研制中有多项重大技术突破，比如超临界机翼的设计。飞机设计，气动先行，机头、后体的设计也关系到飞机阻力的减小，但机翼的设计决定了飞机的性能，是最为关键的。我们第一次自主设计超临界机翼，就达到了世界先进水平，得到了国际同行的认可。”

    此外，新材料的应用是C919的一大亮点。“C919是第一次大范围采用铝锂合金的机型，我们为此经过了10年的探索，铝锂合金的供应商是按照我们的要求改善了材料的特性，使之能够更好地适用于C919飞机。”吴光辉说。

    飞机的性能究竟如何，还有待于在实际的飞行试验中进行检验。首飞完成后，C919将进入适航取证阶段，接受各项飞机适航的测试考验，为敲开市场大门做准备。

    吴光辉说：“C919是在一个合适的时间，以一种正确的模式，推出的一款高水准的产品。C919首先是要满足我们国内的航空运输需要，因为中国是全球最大的民航市场，飞机需求最多。立足国内市场，面向全球市场，这是我对C919的定位。从设计航程看，C919可以满足中国任何点到点的飞行。”

    吴光辉参与过我国多款主要机型的设计工作，而他认为，C919是最先进的，相信也会是最成功的。“我希望，也期待着，C919能够受到市场的追捧，希望它能够成为一款明星飞机。”

    C919首飞这五个问题你可知？

    C919将于今日首飞，这一“飞”牵动亿万国人的心。那么关于首飞，你又了解多少呢？首飞对于飞机来说为什么那么重要？记者为你整理了这五个问题，快跟我们一起来看。

    问题1：啥叫首飞？

    首飞是指一架新制造的飞机首次离地飞行？是的！每一架飞机均有首飞，但新型号首飞的特殊意义在于，既是由设想变图纸、图纸变实物、实物能飞行等一系列工作链中的重要环节，又是新型号由静止到运动的转折点和新型号诞生的一个重要里程碑。

    问题2：首飞对天气有啥要求？

    首飞要看“天意”，能见度不低于5～7km、没有低云和侧风时，适合飞行。 一般轻型飞机的首飞时间不超过30～40分钟，大型飞机为1～2小时。

    问题3：飞行员有啥要求？

    “熟能生巧”也适用于飞机首飞。担任首飞的飞行员，不仅要有丰富的经验，还要对飞行任务充满信心。C919“处女航”试飞团队有5名成员：机长蔡俊、副驾驶吴鑫、观察员钱进、试飞工程师马菲和张大伟。其中，机长蔡俊的总飞行时间已达10300小时，而观察员钱进的总飞行时间则高达22000小时，都是很有经验的老飞行员。

    问题4：飞机首飞时有哪些“小跟班”？

    飞机首飞不是一次“孤独”的飞行，还有一个伴儿——伴飞飞机。在空中，伴飞飞机会对首飞飞机进行实时观测、记录飞行数据、拍摄照片和视频，一旦出现任何问题，伴飞飞机的机组人员将立即向首飞飞机的机组人员发出警告，向地面管控人员报告，并引导首飞飞机安全降落。它还将监测首飞的空中环境，确保不会有其他飞机闯入首飞的飞行线路，并杜绝任何窃密的隐患。

    问题5：民用飞机首飞有经济效益吗？

    不是任何一架飞机的首飞都会公开的，军用飞机首飞要严格保密。对于民用飞机来说，首飞是其在市场中的重要亮相和曝光机会，将带来巨大的商业效益。C919目前获得全球23家用户570架订单，首飞后或将继续收到订单，赚取外汇！

    延伸阅读

    铝锂合金：现代飞机新型材料的选择

    在航空工业，飞机的研发制造离不开材料的支撑。铝锂合金与碳纤维复合材料是新时代飞机的主要用材。近年来，航空用碳纤维复合材料的面市，对传统铝合金材料在航空工业的应用带来一定的冲击。面对航空碳纤维复合材料的崛起与竞争，以美国铝业公司为代表的铝企针对碳纤维复合材料的弱项，成功开发出了第一代2099铝锂合金。它与碳纤维复合材料相比，其气动性更好、防腐能力更强、质量更轻，在制造、运行、维修成本上更低。据了解，铝锂合金的生产成本仅为碳纤维复合材料的10%。在新型飞机设计制造中，采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻14%-30%，铝锂合金已成为新一代航空飞机的关键性结构材料。目前，各国先进的战斗军机和民用飞机越来越多地采用了铝锂合金。

    在国外，空客A350创新性的采用了铝锂合金制造机身蒙皮与地板结构，其用量为机身重量的22%；A380机身蒙皮、地板梁、机翼前后缘均使用了铝锂合金；在庞巴迪C系飞机中，先进铝锂合金材料部件已经占到飞机材料总量的20%；波音787和EH101多用途直升飞机也大量采用了铝锂合金。

    在国内，中国商用飞机有限责任公司制造的C919大飞机主结构材料中，铝及铝锂合金占比65%（约14吨），铝锂合金在C919大飞机主结构材料中首次应用且用量较大。由中航洪都飞机公司制造的C919机身前部等直段部和中航西安飞机公司制造的C919大型客机中机身和副翼大部件均大量采用了先进的第三代铝锂合金板。据了解，C919大飞机用第三代铝锂合金来自美国铝业公司达文波特轧制厂。

    目前，全球航空铝合金的焦点是先进铝锂合金的研发与应用。据北京佰汇调研数据显示，美国铝锂合金生产能力约10万吨/年，其中美国铝业公司生产能力达到约5.5万吨/年，既是美国也是全球铝锂合金产能、产量最大的生产企业。

    尽管美国铝业公司铝锂合金产量居全球首位，但仍在对铝锂合金进行扩能。美国铝业公司在拉斐特建立了世界产能最大的铝锂合金生产工厂，用来生产第三代铝锂合金部件。2013年中期，美国铝业公司完成了位于英国基茨格林工厂铝锂合金产能的扩张；对达文波特轧制厂的铝锂合金板生产线进行了改扩建；对印度安纳州拉斐特挤压－锻造厂的铝锂合金生产线进行了扩建。

    美国肯联铝业公司的法国沃雷普研发中心研发出一种名为“AIRWARE”新型铝锂合金，据介绍，AIRWARE是应用于航空航天领域一种具有革命性的铝合金新材料。它是将铝与锂、铜、银等其他金属融合，从而获得这种新合金。据北京佰汇了解，AIRWARE可为飞机制造带来四大优势：一是比传统铝合金材质轻25%，因此，能够优化结构部件的设计，并减少二氧化碳的排放；二是其卓越的抗腐蚀和抗金属疲劳特性，可将较大的维护间隔时间延长至12年；三是可实现100%的循环再生利用；四是可用于制造航空器的所有全部零部件。目前，AIRWARE在新一代飞机制造中已得到应用，空中客车公司将其应用于其宽体客机A350-XWB；庞巴迪公司将其应用于窄体飞机C系列。为满足航空市场对新型铝锂合金日益增长需求，肯联铝业公司正在法国伊苏瓦尔轧制厂新建两条铝锂合金熔炼铸造生产线，专业生产AIRWARE铝锂合金，预计在建的两条铝锂合金生产线将于2016年前投产。

    在中国，为满足国产飞机对铝锂合金的需求，我国铝加工业在上世纪60年代就开始对铝锂合金进行跟踪性研究，成功仿制了8090和2091两种铝锂合金。目前，我国已基本掌握了航空铝锂合金的熔炼技术，如铝锂合金大扁锭与铝锂合金圆锭的铸造技术。但在铝锂合金基础研究与合金生产实践方面，与美、俄仍存在较大差距，表现在：一是创新能力与技术开发能力较为薄弱；二是生产能力小，当前仅有西南铝业（集团）有限责任公司能够生产少量铝锂合金，远远不能满足国产大飞机的需求。北京佰汇认为，国家需要投入专项资金，提升航空铝锂合金研发能力、增加航空铝锂合金生产企业数量、扩建航空铝锂合金生产线。

    我国航空民机尤其是国产C919、ARJ21大飞机的快速发展已是不争的事实，截至目前，C919和ARJ21-700大飞机订单已分别达到517架、278架。面对航空工业需求旺盛的铝锂合金，我国要实现规模化生产锂合金还有很多难题去攻克，还有很长的路径去实践。但是在困难面前，也要看到我们的长处，利用好现代化铝熔炼与铝加工装备优势，与美、俄等先进国家的同行开展技术合作，吸收他们的工作经验和研发成果，实现“弯道超车”，尽快实现国产大飞机所用铝锂合金材料的国产化。

    铝锂合金的性能及应用

    新材料是航空航天技术的重要基础，航空航天技术的发展又不断对材料科学提出新的问题和要求。铝锂合金是近十几年来航空金属材料中发展最为迅速的一个领域。

    铝锂合金优点

    锂是世界上最轻的金属元素。把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。加入锂之后，可以降低合金的比重，增加刚度，同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性。因为这些特性，这种新型合金受到了航空、航天以及航海业的广泛关注。正是由于这种合金的许多优点，吸引着许多科学家对它进行研究，铝锂合金的开发事业犹如雨后春笋般迅速发展起来了。

    发展历程

    1983年在巴黎国际航空博览会上，世界上两家最大的铝合金生产企业——英国阿尔康铝业公司和美国阿尔考铝业公司，同时宣布研制成功新的革命性材料——铝锂合金。专家们认为，铝锂合金是从1943年发明铝锌系高强合金以来，铝合金研究和开发的又一个里程碑。

    其实，铝锂合金并不是个新鲜概念。对这种材料的认识经历了相当长的时间。由于锂的比重小，在铝中的溶解度高，长期以来人们就把锂看作铝的亲密合作伙伴。早在本世纪20年代，科技工作者就对铝锂合金进行过许多评论。1924年，德国研制成功一种工业铝锂合金——司克龙。这是一种仅含0.1%锂的铝锌合金。它的机械性能比当时盛行的铝镁合金——杜拉铝要稍好一些。由于当时杜拉铝已得到公认，所以影响了司克龙合金应受到的广泛重视。1943年，高强度的铝锌镁铜合金问世，再一次低估了铝锂合金的工业价值。1957年，英国研制成功了含锂1.1%的X-2020铝合金。这种合金用于美国舰载超音速攻击机的机翼和水平尾翼的蒙皮上，取代原设计中的铝合金后，RA-5C飞机的重量减轻6%。原苏联的科技工作者同时也研制出了一种含锂2%的铝合金。又经过10年徘徊，到1967年发生了世界范围的能源危机后，各国又重新开始大规模研究铝锂合金。由于冶金技术和相关技术的发展，使含锂量更大、比重更小、强度更高的铝锂合金的出现成为可能。据认为，目前许多先进的战斗机和民航飞机大都采用了这种合金。铝锂合金的成本大约只是碳纤维增强塑料的1/10。如果采用铝锂合金制造波音飞机，重量可以减轻14.6%，燃料节省5.4%，飞机成本将下降2.1%，每架飞机每年的飞行费用将降低2.2%。可以预料，随着材料科学的发展，将有越来越多的新型合金进入航空航天业、各个工业部门及千家万户。

    军事应用

    铝锂合金主要为飞机和航空航天设备的减重而研制的，因此也主要应用于航空航天领域，还应用于军械和核反应堆用材，坦克穿甲弹，鱼雷和其它兵器结构件方面，此外在汽车、机器人等领域也有充分运用。从20世纪30年代开始，德、美、英、前苏联对Al-Li合金进行研制，但是真正具有商业价值的是1957年美国Alcoa公司研制成功的含锂1.1%的2020合金，用于制造海军TA－5CVigitante飞机的机翼蒙皮和尾翼的水平安定面。目前主要使用的铝锂合金有2×××系（Al-Li-Cu-Zr）和8×××系（Al-Li-Cu-Mg-Zr）等10余种牌号，最大铸锭规格达到25t以上，其轧制、挤压和锻造的加工技术已达到常规铝合金的水平。

    铝锂合金的航空应用

    Al-Li合金已经在军用飞机、民用客机和直升飞机上使用或试用，主要用于机身框架、襟翼翼肋，垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等等。

    早在20世纪50年代，美国就开发了x2020铝锂合金后来用来取代7075用于RA-SC预警机。美国一公司将C-155铝锂合金用于波音777和空中客车A330/340飞机的垂尾和平尾，该合金比普通铝合金有更好的抗疲劳性能和高的强度。其中A330/340飞机每架使用Al-Li合金650kg，可使飞机减重达4250kg，可以提高有效载荷及降低燃料消耗。麦道公司的C-17运输机使用了铝锂合金板材和挤压型材制造货舱的地板梁、襟翼副翼蒙皮等结构，用量达2.8t，比用普通铝合金减重208kg，法国幻影式战斗机上也大量应用铝锂合金，其成本低于热固塑料和金属基复合材料。在1988年的时候，洛克希德·马丁战术飞机系统公司、洛克希德·马丁航空系统公司和雷诺兹金属公司就开始AA2l97合金研制的联合计划，为军用歼击机隔板和舱壁生产重载厚板。1996年6月，雷诺兹金属公司开始售出第一批AA2l97合金板材，用于取代其它材料制造美国空军F－16飞机的后部隔板（舱壁）和其它零件。欧洲试验型战斗机EFA其前部所有薄板状零件皆由8090薄板制成，占所有材料的9%，驾驶舱内使用了不少A1-Li合金，其中用A1-Li超塑成形工艺制造的电子设备室的盖板长达1.5m。英、意合作生产的大型直升机EH101上，其机身框架、蒙皮和内部结构使用了相当多的A1－Li合金板材和锻件，每架质量减轻200kg。而据估计，直升机在整个服役期间每减轻1kg增加经济效益高达3000英镑。

    在航空铝锂合金的研究和应用方面，前苏联及俄罗斯也一直处于世界的领先地位，比较有代表性的有01420、01421（含钪）、01423（含钪）、01430、01440、01450等。早在20世纪70年代，前苏联就将铝锂合金用于制造雅克－36飞机的主要构件，包括机身蒙皮、尾翼、翼肋等，该飞机在恶劣的海洋气候条件下使用，性能良好。20世纪90年代初又在米格－29和米格－31飞机上采用1420合金焊接结构，使减重效果进一步提高。米格－29使用了1420合金薄板、模锻件、挤压壁板等制造机身、驾驶员座舱、油箱等，每架飞机铝锂合金用量达3.8t。采用焊接油箱后减重达24%，其中12%是由于材料比重的降低，12%是由于焊接结构减少了铆钉、螺钉、密封剂和搭接部分而达到的。1420合金在其它飞机，如运输机、客机、直升机上用量也相当可观。安－124用量近8t，图－204用量2.7t，米－26用量1.8t，还有伊尔－86、安－72等也都采用了A1-Li合金。近年来，Al-Li合金也大量用在苏－27、苏－35、苏－37等战斗机上，以及远程导弹弹头壳体等。

    铝锂合金的航天应用

    对于航天飞行器结构，质量的减轻可增加有效载荷，而有效载荷每增加1kg可带来4,400～110,000美元的效益。因此，由于Al-Li合金密度低、性能好的特点，在很多航天飞行器中都采用Al-Li合金结构。

    美国洛克希德导弹和空间公司（LMSC）制造的飞行器使用低密度、中等强度和高刚度的材料，因此大量采用Al-Li合金产品。从20世纪80年代中期开始，大量选用8090及普通加工方法生产各种锻件、厚板、薄板与挤压件。LMSC在大力神有效载荷转接器上使用8090板材，减轻质量180kg。该公司使用AA2195合金生产的新的航天飞机“超轻型油箱”，长达47m，直径达8.4m，用于盛装低温燃料和液态氢。AA2195合金的使用使油箱减轻5%（减重近3400kg），强度提高30%，有效地增加了有效载荷，节约成本约7500万美元。麦道空间系统公司采用2090－T81板材制成直径2.44m，长3.05m的低温箱，用于三角翼火箭盛放燃料和液氧的容器，质量减轻15%。美国通用动力空间公司在阿特拉斯和半人马运载火箭上的三个部件采用2090合金，总量达70kg，质量较2024减轻8%。1997年12月的美国“奋进号”航天飞机外贮箱采用2195代替2219，运载能力提高了3.4t。

    Al-Li合金在俄罗斯的航天业中也有很多的应用。俄罗斯在1450合金基础上添加0.20%的Sc元素研制出1460合金，有更优良的性能，将其应用于大型运载火箭“能源号”的结构件上。此外，还用在其它火箭、“暴风雪”号航天飞机和空间站的结构件上。

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