大飞机科普（一）——明白客机的制造流程

万磁王

大飞机科普（一）——明白客机的制造流程
大飞机科普（二）——ARJ21项目15年得失
大飞机科普（三）——运-20 C919落后吗？
原作者：leeone  

　　作为开篇，我想先讲述一款机型是如何制造出来了，为什么要这样造，要经历哪些阶段。所以第一篇就是 《明白客机的制造流程》。

概念性设计
　　飞机的概念性设计其实就是调研，当飞机制造公司有想法制造一款新客机时，都会先进行这一步。问问航空公司的需求，问问供应商的技术能否支持，同时也会将自己的一些构想推销给航空公司，看看大家的反映。这个阶段大家都可以天马行空，也可以自以为是。但是随着项目深入，大家会很仔细地研究未来需求，然后分析可行性，把飞机的大概轮廓确定下来，比如说是一架多少座级的飞机，要飞多远，用多少个引擎等。这个阶段的费用都由飞机制造商自己承担，和昂贵的开发费用比起来这个阶段的费用是九牛一毛。
　　但是调研阶段却非常考眼光，选错了市场，这个飞机日后的日子就不好过了。就如空客当时想着超大型飞机市场至少有500架，但是显然除了中东油霸，能支撑A380的航线太少了。调研时间可以持续几年时间，毕竟这个是为未来准备的。
　　当然飞机制造商那些自以为是的方案都不少，以为航空公司会喜欢结果被批得掉渣，波音就有两个现成的。
　　在空客开发了A340系列后，麦道又搞MD11，波音本想搞767X，也就是日后的777项目，但是大家是否想过最早的777就是一款3发加长版767？航空公司肯定不买帐。

三发版777模型

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　　波音又觉得航空公司肯定喜欢飞得快的飞机，于是又推销音速巡航者，但是航空公司关心的是省油而不是快那么1、2小时到达目的地。这个项目当然也没有立项，不过一些成果对日后的787还是有帮助的。

音速巡航者模型，该机被设想能以0.98马赫的速度巡航

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　每次看到航空迷说以后应该有多快的客机出来，应该可以实现。是的，也许以后技术不存在问题，但是市场不会接受，协和、2707、音速巡航者已经很好反映这个事实。毕竟主流出行人群还是在意价格的。
　　A380原来也有2个A340机身拼在一起的构型，发起人正是A340的总师。但是这个方案缺陷多多，当然不可能被通过。这个阶段就是要多想各种机身截面设想，考虑各种情况。事实上军机也是如此，有些ATF方案不是也有鸭翼吗？

A380的各种机身截面设想，最后还是选择了传统的圆形截面

A380在概念阶段的设计构想，这时的构型可能多达数十种

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　　所以商飞说调研C929，这个离立项还远，做做调研不是坏事，反正也花不了几个钱，国家更不可能在调研阶段就给钱，大家不要看到一个调研新闻就把C929等同于立项了。

C929想象图

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项目启动 JDP阶段
　　当和航空公司聊完，知道他们的需求，并且判断这个机型有市场前景，那么就会开始立项，对外宣传项目开始，并且公布该机型的定义。例如这是架300座，双引擎客机，油耗可以达到多少等最基本的数据。而且会公布有哪些启动用户。
　　通常这个阶段都会有启动用户，这就是为什么要调研的原因。如747，泛美说你能做出来我就要，波音说你敢要我就敢做，这样泛美就是747的启动用户。启动用户（严格来说应该是第一批下订单的航空公司）有什么好处，当然有。抢个头彩，可以宣传自己领先业界，并且可以用低于正常的价格买到飞机。当然也存在风险的，万一这飞机没有宣传的好或者延期，那么航空公司就要承担损失。当然可以叫飞机制造商去赔，如国航买了15架77W（777-300ER），因为787延期，波音多赔了4架77W。商业世界是很现实的～
　　立项时能对外公布的参数都是很初步的，只有大体的轮廓。因为这时飞机制造商还需要和供应商甚至航空公司一起完成好初步设计/联合定义阶段（JDP）。
　　JDP是一项非常重要的工作，将细化飞机的性能和要求，比如说引擎要达到多少推力，机身宽度需要设置一排9座还是一排10座，甚至对滑行道宽度、飞机转弯半径等都会进行设计定义。把这个工作明确了，各系统零件供应商就能知道要提供什么样的产品来满足这架飞机，是现有的还是需要额外开发（通常引擎都需要新开发）。
　　JDP通常需要半年到一年时间来完成，在完成这个阶段后，飞机制造公司就会公布一些信息，提供飞机一些比较详细的数据，如是否采用复合材料机身、机身具体长度宽度、航程载荷等。并且会公布时间表，什么时候首飞什么时候交付。因为在JDP阶段，这些都是进行过评估的，当然也只是评估，会存在变数。有心人可以列一下1950年后哪些客机延迟了，看看有没有超过半数。
　　这时飞机的具体设计要素会被冻结，不会发生根本性变化。

到了JDP阶段完成后，主设计就会冻结，只会进行一些细微的调整，这个就是A380研制时从Status 3调整到Status 10，才是我们现在看到的A380

　　题外话1：ARJ21这个项目从JDP阶段就陷入困境，内部斗争使得JDP阶段用了近3年时间，都还没确定到底用什么布局，这个我将在大飞机科普2-ARJ项目15年里面详细分析。
　　题外话2：很多人说商飞不争气，没看到C919比ARJ21有什么进步，这个是明显错误的。当商飞成立，各自工作职责明确后，C919的JDP时间只用了一年就完成，和其他机型的时间相同。比起ARJ混乱的三年明显走得顺。

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工程发展
　　接下来就进入另外一个阶段——工程发展阶段，也是将飞机从图纸变成实物的重要阶段。这个阶段分三步走：
　　1、详细设计
　　2、全面试制
　　3、试飞取证

详细设计
　　这个阶段需要设计出飞机的所有部件，包括工艺生产流程都需要设计，各部门的分头行事。但是这个阶段最容易出问题，而且这个阶段就已经可以估算出飞机是否超重，超重多少。如A350在这个阶段就宣布超重了8吨，而且像空客这种跨国企业，因为法国和德国的设计软件版本不同都造成了大麻烦，使得项目延迟。
　　在这个阶段，飞机制造商会时不时发布最新进展，好的坏的都需要发布，如调整项目计划，甚至宣布推迟。这个不是事先打预防针，而是项目进入细致阶段，任何一个零件出问题都可能导致项目推迟，这个你无法预计。就像747无法预计引擎出问题，导致延期；787因为机翼和后机身出问题导致延迟；A380因为软件系统不兼容导致延迟；连三菱的MRJ都因为设计问题导致延迟。尤其是当民航这种存在大量外包和跨国合作的项目，管理是非常重要的一环，但是信息一定是要对外界说明的，有两个重要作用。
　　1、 你需要告诉那些已经下订单的客人，我的进度如何，能否按原来的要求走，也好让客户重新修正时间。
　　2、 告诉那些对这飞机有兴趣的潜在客户项目情况，遇到哪些困难，同时强调这飞机有那些优势是确保的，让他们尽快下订单。
　　题外话3：明星靠绯闻增加曝光率，飞机制造商为了多卖飞机，任何的节点和进展都会对外公布，用于宣传，787那800架订单可是首飞前就有了。大家看习惯了军用飞机“不吹牛”，但是你又不是军机目标客户，人家只会向军方“吹牛”。看看全球大卖的F-35，洛马还不是像卖客机一样定时公布F-35的最新进度和细节，图什么？就是告诉小伙伴这飞机一切安好，快点按原计划买。

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全面试制
　　设计完成后的部件就开始制造，或者将设计图交给供应商，由供应商来制造（如787的机翼）。这个阶段也是容易出现拖延，任何一个供应商交付拖延都会导致整个项目拖延。如果JDP阶段的工作没做好，恶果就会在这个阶段体现。单一部件的反复修改，多系统的组合测试是这个阶段最主要工作。波音空客经验丰富，对于一些风险小的项目（比如747-8），可以直接将制造好的零件组装成原型机。但是对于一些高风险项目，还是需要造额外的测试段，用于验证之前的设计是否符合要求。
　　比如787这款塑料飞机，波音就造了机身测试段和机翼测试段，用于验证生产工艺和强度测试，这是在之前777项目中没有的步骤。

对787机身段进行破坏测试

在787首飞前，波音已经做了一次机翼的破坏性测试

在进行波音777项目时，因为777是波音首款使用电传操作的客机，所以波音也必需进行铁鸟测试，用于验证布线

　　强如波音，当进入新领域，都必需按部就班，没有一步登天。该做的测试还是要做，该花的时间还是要花。为什么头一次做飞机的商飞这样做时，却引起这么大的质疑说是推迟，浪费时间？
　　题外话4：ARJ21没有造测试段（可能因为本身就来自MD的设计，上飞组装过），后来首飞后才发现问题。C919为了则搞全机测试段，一个个大段进行测试，终于发现复合材料机翼盒不过关，被迫更改设计用铝合金。一个是试飞后发现问题，一个是试飞前发现问题，大家觉得C919额外浪费测试段时间是否值自己判断了。
　　在这阶段，试飞的原型机就会出来。这架飞机是否超重或者延期很看飞机制造商的管理水平和设计能力,A380为了减重，连液压油管直径都重新设计，还取消了外侧引擎的反推。这个阶段需要尽可能减重让飞机符合原定性能目标，但近年的飞机往往都是超重+延期，在这个阶段比较难达到原定要求。
　　题外话5：787首批交付全日空的客机，超重9吨，这个是针对一架运营空重118吨的飞机而言，所以启动用户确实要承担一定风险。现在批次的787依然超重4吨，但后续订单依然保持重量增长。麦道最后一架客机MD11因超重导致达不到原计划航程和油耗，新加坡航空直接取消了订单，而达美则推翻整个机队的规划，重新去买777。虽然改进型MD11-ER已经达到之前预期，但是最终还是没后续订单，波音和麦道的命运差别真大。
　　通常全机组装后半年左右就会进行试飞。ARJ21整机组装后用了1年才首飞，首飞后就进入取证阶段。

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试飞取证
　　如果是波音，首飞后就按照FAA的规定进入取证阶段。一些新型的客机，如777和787，FAA没有相关条款，波音和FAA会共同针对这些新机型定制条款。在这里就需要说明一下为什么一些国家的机型取证也很快，比如巴西工业或者加拿大庞巴迪，因为他们都和美国签有双边协议，该协议中FAA承认该国的航空协议达到FAA的安全标准。那么他们只需要获得本国的安全认证，就可以自动获得FAA认证。
　　关于ARJ21和C919的认证，我不打算在这篇文章里面说明。不过要获得这个双边认证，并不只是考核商飞，还是对整个民航系统的考核，包括你的验证方式是否符合要求，要做的并不只是实验本身，而是要怎样组织起来做这个实验，并且确保是正确的方式。而且需要多次试验验证数据的准确，大家都上过中学，应该不难理解，中学物理第一个实验课摆锤，都要求测试3次取平均值。所以当ARJ21在2010年、2011年、2013年都在做同一个结冰试验，那么你应该不难理解为什么了。这个情况同样在下一篇文章再讲述。

不得不说美国就是牛，玩航空几十年，很多验证手段都很完善。ARJ21等自然结冰要看天。而在美国，人家有专用机库，F-22、787都在里面模拟自然结冰，外面是夏天，里面依然可以是零下40度。数据随时分析，不需要等返回基地再分析

787在这个机库做自然结冰测试，不用等天，想做就做

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交付培训
　　很多人会以为，交付完制造商就完事，剩下就是做售后卖零件和维修。其实是错的，在交付前，飞机制造商还有很多工作要做，要对飞机对机场的适应能力做出评估，给出机场这种飞机的运营指引，包括装卸货程序等。还有是要培训航空公司，而且这个培训可以说是终生的，当发现问题后，都需要额外增加相应的培训。比如说正副驾驶所负责的管理范围，这些都必需由飞机制造商给出明确的手册并进行培训。当然航空公司可能会根据自己的使用经验重新整理出一套该机型的培训程序。

空客A340-300的飞行手册，对机场滑行道转弯宽度都有明确要求，根据这个手册，飞行员可以了解哪些滑行道不满足转弯要求

　　所以商飞建立三个中心，其中售后中心就是针对这个培训机制。确保航空公司都懂得正确使用飞机。

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　　题外话6：不要小看培训。以前西飞和上飞之争，上飞老说西飞不是按民航规则走，其中一条就是对配套这块西飞不重视。比如说老运7-200在民航也有飞，但是对航空公司支持比较少，当时连快速检查单都没有，遇到故障飞行员只能靠经验来判断出什么问题。所以当飞行员听不懂起落架英语报警声音时，你可以简单认为飞行员素质低，但是往深层次想，确实和西飞在这方面缺乏培训，缺乏和航空公司的互动有关。

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参考视频，波音给出的737正副驾驶培训教程，这个教程修改了以往机长负责区域过多，任务过重，有可能导致客舱人力资源不平衡造成事故的可能性。作为飞机制造商，根据经验教训定期更新最新的培训方式，给予客户支持是必需