C919：精妙就在细节之中

万磁王

作者：晨枫  
来自空翼

　　才不多久，C919已经从人们的视界中淡出了。但C919的精妙并没有淡出。C919成功地进行了第一次试飞，很快会有第二次、第三次，然后就是投入航班运营。C919飞机副总设计师傅国华透露，C919进入航线运营可能还需要3-5年时间。启动用户东航表示，将首先用在北京-上海航线。

C919首飞

C919首飞航线

　　C919的成功首飞无疑代表了中国航空的巨大成就，也提醒人们还任重道远。首飞到航班运营一般需要2年，波音737MAX只用了1年，空客A320NEO是1.5年。波音737MAX和A320NEO都是现有机型的深度升级，试飞和认证需要的时间较短是自然的。大得多的波音787用了2年，“问题女王”A380也是2年。庞巴迪尔CS100用了3年，这是全新设计，首飞后还遇到很多问题，包括普拉特·惠特尼PW1500G齿轮驱动涡扇的顽固问题。C919需要3-5年，这是很保守的估计，也凸显了中国对大飞的基本想法：不急于求成，要做就要做到最好。
　　这不是说要是做不到漫无边际的最好，就永远拖下去。对“最好”有一个清楚的定义，对达到这个“最好”有明确的路线图和万一达不到目的的备选方案，凡事不从最理想情况出发，而是留有余地，这是认真、严谨的工程素质。
　　C919从一开始就体现了这样的工程素质。C919在2008年立项，按照原计划，应该2014年首飞，2016年投入航班运营。这是比较雄心勃勃但并不离谱的进度。实际首飞拖了两年，首飞到预计投入航班运营的时间将拖1-3年。不为什么，没有准备好，就不勉强。除了已经首飞的101号机，C919还将有5架飞机参加试飞，数量之多，试飞量之大，这也是罕见的，反映了商飞稳扎稳打、首战必胜的理念。
　　C919没有赶在哪个黄道吉日首飞，不搞献礼、争光，该干嘛还干嘛，没有准备好就继续认认真真准备，准备好了就干。中国过去有赶节点、争献礼的习惯，那是因为好消息不够多，黄道吉日弄点好消息，大家喜庆喜庆。现在不需要了。特大桥打破世界纪录，高铁线开通运营，液化气船建成交付，都只是一条新闻而已，关注度还不及武林擂台或者丹麦生蚝。到了C929首飞的时候，可能关注度还不及C919，这不奇怪，也不见得就是坏事。

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　　C919是中国设计、中国制造的大飞机。没错，世界上比C919更大的飞机多的是，连当年运-10的起飞重量都超过C919。但C919依然是大飞机，不是小飞机。C919是中国设计、中国制造的，这与C919采用了引进的发动机、航电、起落架、辅助动力等关键系统不冲突，中国不仅要造一架能飞起来的客机，还要造一架能与行业翘楚波音737、空客A320竞争的好飞机，因此要“天下英才、尽为我用”，这一点错也没有。中国在努力研发国产的发动机、航电、起落架、辅助动力等关键系统，可能需要一点时日才能赶上世界先进水平，那就从气动设计、机体制造做起。庞巴迪尔和巴西飞机也和中国商飞一样，发动机、航电、起落架、辅助动力等也是来自美国和欧洲，一样不妨碍他们打出加拿大和巴西的飞机品牌。说远点，大名鼎鼎的“女王用车”路虎揽胜从来就没有自己的发动机。早年一直用别克V8发动机，进入21世纪后，品牌被宝马购入，但依然独立运作，从发动机到车用电子系统统统来自宝马7系，现在和捷豹XJ系列共用发动机和很多车用电子，但这一点不妨碍路虎的名车地位。

C919项目的各合作厂家

　　把商飞贬低为只会敲打一个“飞机壳子”，这是对飞机设计、制造的无知。坊间有说法，只要动力足够，板砖都能飞起来。这话当作说笑可以，当真了不光侮辱别人的智商，也侮辱自己的智商了。
　　客机设计首先从定位开始。C919与波音737、A320看起来高度相似，实际上精妙就在细微中。客机要达到安全性、经济性、舒适性。一般工程原则是80：20，也就是说，20%的努力经常足以获得80%的收益，要“榨”出其余20%的收益，则要付出另外80%的努力。在高度成熟、竞争激烈的客机市场，成功与否常常在于最后的1%。因此，C919要能成功地与波音737、A320竞争，就不能满足于“先解决有无的问题”，只有一上跑道，就直接进入奥运决赛。
　　C919的可靠性最终要靠适航证来证明。中国民航是中国的适航证发证机关。ARJ21首飞成功后，用了前所未有的6年才获得中国民航适航证，就是为了确保万无一失，以最高标准确认安全性。ARJ21获得适航证两年后，才进入航班运营，从首飞到航班运营用了前所未有的8年，充分体现了商飞的慎重。ARJ21在投入航班运营之后，保持低调，老老实实地飞航班，用实绩打出安全性、可靠性、出动性的牌子。说到底，对于中国，造大飞机是新鲜事物，用科学方法验证大飞机的适航性也是新鲜事物，两者都需要在实践中完善起来。ARJ21先走一步对C919的重要性是怎么说也不为过的。

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　　C919在舒适性方面很下工夫。C919与主要竞争目标波音737、A320一样，每排座位都是3+3布置。座位和过道宽度对舒适性的意义不言而喻。波音737的机体宽度为3.76米，机舱宽度为3.52米，座位宽度为17英寸，过道宽度为20英寸。空客A320的机体宽度为3.96米，机舱宽度为3.7米，座位宽度增加到18英寸，但过道宽度降低到19英寸。C919的机体宽度为3.96米，机舱宽度3.7米，但座位宽度为18+18.5+18英寸，而过道依然为20英寸。换句话说，C919的机体和机舱宽度与A320相同，但座位与过道比A320还要宽。这是怎么回事呢？

C919机舱

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　　奥妙在C919的截面形状。A320的截面更接近圆形，弧形舱壁在座位肩部以上高度开始明显向内倾斜，使得座位难以利用靠近舱壁的最后宽度。C919的机体高度为4.166米，A320为4.14米，这多出来的26毫米使得C919的截面的上半（尤其是两肩）更加饱满，座位肩部上下的舱壁更加接近垂直，争取出额外的5厘米，这也是C919机舱比A320宽5厘米说法的出处。这不仅增加了重量和阻力，也增加了设计和制造上的难度。纯圆截面在受力设计和制造上最容易，但C919这样舍近求远显著增加了舒适性。中间座位宽度比波音737增加1.5英寸，舒适感相差好多。奔驰S级轿车和C级轿车的后排三人座宽度也就相差4英寸，分摊到三个座位，每座还不到1.5英寸。

C919、波音737、A320的机身截面对比

　　C919机体的下半截面与A320相似，可以容纳LD3航空集装箱，增加盈利途径。波音737的货舱不管是哪一代都不能容纳LD3，只能运散货，运旅客行李问题不大，还要做兼职货运就难了。这是波音737受时代的拖累，当年在设计中沿用波音707机舱截面的时候，还没有航空集装箱呢。
　　C919还加强了隔音，设计要求达到60分贝以下的机内噪音，比常规的80分贝明显降低。也就是说，从身边大巴的噪声水平降低到大声对话的噪声水平，这是很大的进步。机舱换气也增加20%，加强空气流通，提高舒适感。
　　但C919的最终成功还是要靠经济性，说白了，就是要省油。这首先要靠发动机。C919在项目启动时，普拉特-惠特尼提议PW1000G，通用电气提议LEAP。

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　　PW1000G是齿轮驱动的涡扇，便于采用大直径、低转速风扇，双转子达到三转子的效果，节油和降噪效果非常显著。有人在发动机地面运转时站在发动机侧前十几米内测试，依然可以在手机里对话，当然要提高一点嗓门，但双方还是听得见。但PW1000G的技术复杂，饱受成长中的阵痛之苦，后来的研发和投产中出现一系列头痛，庞巴迪尔CS系列、空客A320NEO、巴西飞机E2系列都不同程度受到影响，都在找普拉特-惠特尼要求就推迟交货提供补偿。

PW1000G结构图

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　　通用电气与法国赛峰（原SNECMA）合作研制的LEAP是成功的CFM56的深度发展，采用三维编织碳纤维风扇叶片，不仅重量更轻、强度更高，更加复杂的形状还可以在同样尺寸下达到更高的推进效率；先进燃烧室的燃烧效率更高，改善油耗，降低排污；陶瓷基复材涡轮和三维流动设计进一步提高热效率。最后商飞选择了LEAP，并且在协议中规定LEAP为C919的唯一发动机。更具体地说，是LEAP-1C，推力为124.5-133.4千牛级。

LEAP-1C剖视图

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　　PW1000G和LEAP的对比一言难尽，PW1000G更大的直径（A320NEO上的PW1100G的直径达到81英寸）、更低的风扇转速在理论上更加省油，但LEAP的先进风扇、燃烧室和涡轮补上了差距，较小的风扇直径还减小了迎风阻力。波音737MAX和A320NEO都可由用户任选PW1000G或者LEAP，这提供更大的选择余地，提高竞争力。但中国是新来者，C919在很长一段时间里的竞争态势还是弱势，这样的灵活性还是不必要的奢侈。

C919采用通用电气LEAP-1C涡扇发动机

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　　另外，为了高原要求，C919的发动机需要增加推力。商飞也要求采用更坚固、更可靠、反推力力量更大、作用更加平顺但也重量和复杂性更高的后退折流环形格栅式反推力装置，这可以从C919着陆滑跑时发动机短舱罩后退形成的一道环形“裂缝”看到。这也与中国的高原要求有关，为了适应从空气稀薄的高原机场到低海拔沿海机场的各种条件，C919需要更强大而且调节能力更强的反推力装置。放远了看，C919要在机场条件相对简陋的第三世界机场使用，额外的推力和反推力也是有用的。通用电气以独家供应为条件，单独为C919研制LEAP-1C，也不算霸王条款。要求普拉特-惠特尼将PW1000G也达到商飞的要求当然是做得到的，但谁都不是慈善家，为特殊要求单独研发的成本最后还是羊毛出在羊身上。在商飞起步阶段，同时整合两种新型发动机的技术风险太大，缩小涉及面是明智的做法。

其特点之一是采用后退折流环形格栅式反推力装置，可以从着陆滑跑中打开的缝隙看到，更加适合高原到低海拔的各种条件使用

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　　LEAP家族有A320NEO使用的LEAP-1A，波音737MAX使用的LEAP-1B，和C919使用的LEAP-1C。波音737MAX受到翼下离地高度的限制，只能使用69英寸的风扇直径，推力也相应降低，为100-120千牛级。A320NEO的LEAP-1A的风扇直径与LEAP-1C相同，都是78英寸，推力为109-156千牛级，但LEAP-1A使用简单、轻巧、紧凑但动作粗猛的蚌壳式反推力装置，可靠性也有所损失。这可以从A320NEO发动机短舱尾伸出的上下“舌头”看到，反推力挡板从这里收放。LEAP-1A的推力范围比LEAP-1C更大，这是因为A320NEO实际上是一个完整的家族，从140座的A319NEO、165座的A320NEO到206座的A321NEO，推力要求范围较大是自然的。C919现在只有基本型和增程型，以后有缩短型和加长型（包括加长的增程型）时，有了LEAP-1A的现成经验，LEAP-1C增减推力不难做到。

LEAP-1A的发动机舱

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　　C919的机翼离地高度没有波音737那样的限制，未来有更大直径的LEAP发动机可用的时候，便于改装。C919也像A320一样，起飞后，起落架可收入机腹舱内，减小阻力。波音737由于历史拖累，哪一代都只能把起落架收入暴露于空气流中的机腹凹坑内，阻力较大，但重量较轻。
　　C919还采用了曲面风挡，使得机头完整、平顺、流线，降低阻力，也更加美观。最早的C919模型还是传统的“海豚鼻子”机头，这是在研发中途改的。另一个与早期模型不同的是翼梢小翼，早期模型上是简单的外倾平直的常规小翼，最后定型时改为大弯度、小上反小翼，但与波音787的折刀形或A350的镰刀形小翼还是不同，没有明显增加的后掠和弯钩，也与A320NEO的简单圆滑过渡的常规小翼不同，既避免了专利冲突，也达到了比常规小翼更好的效果。

C919的承载式风挡