C919上的“超臨界機翼“與ARINC664網(wǎng)絡(luò )驗證技術(shù)

隨著(zhù)C919的首次商業(yè)化航班成功降落北京首都國際機場(chǎng)，對于國產(chǎn)大型客機的討論也是越來(lái)越熱烈，而本篇文章，筆者就想帶大家認識一下C919中所使用的有特點(diǎn)的中外技術(shù)，讓大家更加深入得了解一下，我國商飛所生產(chǎn)的中程窄體干線(xiàn)客機 C919。

在本篇文章的最開(kāi)始，需要先向各位讀者明確一下，到底何為”大飛機”，大型飛機在國際航空業(yè)上定義為最大起飛重量超過(guò)100噸的運輸機。我們需要先承認的是，C919的最大起飛重量大約為72.5噸，在國際標準上，其實(shí)并沒(méi)有達到“大”的標準。這里我們這里所說(shuō)的“大飛機”還是主要同我們自己之前的航空業(yè)相比的“大”（比如支線(xiàn)客機ARJ21，其最大起飛重量為40噸左右）。而目前我國真正能達到國際標準的大飛機是人民解放軍空軍的大型運輸機，運-20“鯤鵬”，其最大起飛重量為220噸。

明確了定義，我們再來(lái)就能更加客觀(guān)的來(lái)看待和分析這架?chē)a(chǎn)客機C919了。我們先給C919下個(gè)定義，其屬于是短程、雙發(fā)、單通道民航運輸機，在我國的民用航空歷史上，其實(shí)是屬于大型客機，但與國際上真正的大型客機，比如可以裝載300人的AIRBUS A380相比，確實(shí)還是不夠“大”。然而路還是要一步一步走，如今的我國航空業(yè)已經(jīng)可以造出相當于空客A320和波音737-Max系列的客機，已經(jīng)是巨大的進(jìn)步，我們不必妄自菲薄，筆者相信，在有了C919為基礎，未來(lái)我國的航空業(yè)一定可以飛得更遠。

在關(guān)于C919的相關(guān)技術(shù)上，相信各位讀者近期聽(tīng)到最多的詞就是其采用了“超臨界”機翼的設計，那么到底什么是“超臨界”機翼呢？它對比于傳統的機翼設計有何優(yōu)劣呢？

在百度百科中，對于超臨界機翼是這么定義的：超臨界機翼是一種特殊翼剖面（翼型）的機翼。采用這種翼型設計的固定翼飛機可大幅改善在跨音速范圍內的氣動(dòng)性能，降低阻力并提高姿態(tài)可控性。是不是看完還是覺(jué)得有一些“不明覺(jué)厲”？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，超臨界機翼，就是一種特殊的翼型設計，其目的也很簡(jiǎn)單就是可以讓飛行器飛得更快。

一般來(lái)講，飛機之所以能夠飛起來(lái)，是靠機翼上下表面空氣流速不同，而形成的壓力差，即伯努利原理?？諝饬魉俅蟮牡胤綁簭娦?，而傳統機翼的刨面形狀一般是上方隆起而下方相對平順，這樣就使得飛機前行時(shí)機翼上方的氣流流速大，下方的流速小，因此造成機翼上方的壓強小，下方的壓強大?？恐?zhù)空氣對機翼的壓強差，飛機就被抬起來(lái)升空了。

飛機機翼升力的產(chǎn)生

在飛行器以遠低于當地音速的速度飛行時(shí)，傳統機翼設計并無(wú)什么不妥之處，一旦飛行器開(kāi)始接近當地音速，空氣流體的性質(zhì)就會(huì )發(fā)生一些變化。簡(jiǎn)單來(lái)講，當飛行器以接近0.9馬赫的速度飛行時(shí)（馬赫數即當地音速，1馬赫=1倍音速），氣流經(jīng)過(guò)上翼面的速度就會(huì )接近或者達到音速，而一旦空氣流速超過(guò)音速，便會(huì )產(chǎn)生“激波“，會(huì )使得翼面的受到阻力急速上升，飛行器最終不但不會(huì )超過(guò)音速，反而會(huì )因為巨大的阻力發(fā)生劇烈的抖動(dòng)。輕則增加油耗，重則機毀人亡。那么問(wèn)題來(lái)了，什么是激波呢？由于筆者不是什么專(zhuān)業(yè)的航空器相關(guān)從業(yè)者，這里就簡(jiǎn)單打個(gè)比方：飛機在空氣中飛行，就好比一個(gè)人逆著(zhù)人流前進(jìn)，當這個(gè)人速度比較慢的時(shí)候，前方的人流還能躲開(kāi)；可是一旦這個(gè)人開(kāi)始逆著(zhù)人流猛跑，前方的人就很可能躲閃不及被撞到，造成一種欲速則不達的現象。所以，一旦飛行器開(kāi)始”猛跑“接近音速，前方的空氣也會(huì )來(lái)不及”躲開(kāi)“，堆積在機翼前方變成”空氣墻“，形成激波，影響飛機的正常飛行。對于民航客機來(lái)說(shuō)，一般是巡航飛行在0.7-0.9馬赫數的區間，在高速巡航時(shí)，十分容易達到引發(fā)激波的速度，使得大量油耗被浪費在了對抗阻力上。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，超臨界翼型在1967年被美國人R.T.惠特科姆提出。這種機翼前緣較為圓鈍，上部平坦，下部后緣處反凹，其目的就是為了把機翼上表面的速度降下來(lái)。這種超臨界翼型在1972年首次運用在空客A300上，并取得了良好的效果。而在C919之上也采用了由我國中航西安飛機工業(yè)設計的超臨界翼型，有了超臨界機翼的加持，C919的最大巡航速度可以達到0.9馬赫左右，可以讓C919飛得更快的同時(shí)，降低油耗。

說(shuō)完了C919的骨架系統（機翼），咱們再來(lái)聊一聊C919的神經(jīng)系統——飛機航電系統。

作為整個(gè)飛機的“大腦”，飛行航電的航電系統有多重要自然是不言而喻，作為我國首架的國產(chǎn)大飛機的C919，其航電系統采用了中外合資的生產(chǎn)形式，由中航工業(yè)和中電科，同美國柯林斯、霍尼韋爾、通用動(dòng)力，法國泰雷茲一同研發(fā)設計。C919使用了最先進(jìn)的ARINC664 總線(xiàn)為數據主干道的航電核心處理系統，就如同人的神經(jīng)系統一樣，這是保證C919“頭腦靈活”，“四肢敏捷”的基礎。

C919的駕駛艙

C919所采用的航電核心處理系統（IMA）是全球領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò )化數據處理技術(shù)之一。其核心部分由兩臺處理計算機負責處理全機各系統的數據，承擔全機信息交換中心的職能。再配合上遍布機身的16個(gè)遠程數據接口裝置（RDIU）和4臺遠程交換機，共同形成了C919機身上的信息高速公路，串聯(lián)其機身各個(gè)系統。原來(lái)，飛機要是想處理飛行速度、高度這些數據，需要由大氣數據計算機分別傳輸給顯示系統、發(fā)動(dòng)機、環(huán)控等系統分布處理，而現在，只需要通過(guò)機身網(wǎng)絡(luò )，將數據匯總到核心處理計算機就可以完成任務(wù)。這種設計的好處就是高度的集成化，不僅提高了處理數據的速度，還極大減少了C919上各種線(xiàn)纜的長(cháng)度，達到了減重的效果。

飛機在飛行的過(guò)程中，每時(shí)每刻都有有巨量的數據來(lái)回傳輸，因此，通信協(xié)議的選擇就顯得十分重要。在C919中，使用了先進(jìn)的ARINC664網(wǎng)絡(luò )驗證技術(shù)，這種協(xié)議最大的好處就是帶寬很高，對比于原來(lái)429總線(xiàn)的800kps的帶寬，使用了ARINC664的C919可以達到800mps，足足提升了1000倍。在目前正在使用的飛機中，也只有波音787和空客A380這種先進(jìn)比較新型的型號才會(huì )使用這種技術(shù)，而C919的一步到位采用了國際先進(jìn)技術(shù)，勢必給我國民用航電帶來(lái)更加成熟先進(jìn)的理念。

總之C919的研發(fā)和成功投入運營(yíng)，標志著(zhù)我國航空產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。我們要承認與波音、空客還有很大差距，但也不用妄自菲薄。未來(lái)，以C919為跳板，我們會(huì )有C929甚至更多的大飛機，而筆者也相信，我國一定會(huì )用合資的形式慢慢補齊我們在民航技術(shù)上的短板，讓我們發(fā)國產(chǎn)飛機飛向全球。