2022年9月，c919大型客機完成全部適航審定工作，獲中國民用航空局頒發(fā)的型號合格證，將于2022年底交付首架飛機。c919大型客機研制成功標志著我國具備自主研制世界一流大型客機能力，是我國大飛機事業(yè)發(fā)展的重要里程碑。追夢五十載“破繭化蝶”，交大力量助力大國工程！今天，讓我們走近c919背后的交大故事。

“不可或缺”，交大團隊介入“大型飛機”國家重大專項十余年

上海交通大學航空航天學院結(jié)構(gòu)強度團隊組建于2005年1月，民機結(jié)構(gòu)強度綜合實驗室成立于2009年10月。團隊創(chuàng)立之初，本著“建一流團隊、創(chuàng)一流成果、育一流人才”的信念，經(jīng)過多年深耕細作，在飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度分析、試驗驗證和先進復合材料應用研究等領(lǐng)域取得了許多研究成果。自團隊成立至2015年8月由汪海教授領(lǐng)銜，從2015年9月起學院任命余音教授任團隊負責人。團隊始終站在大飛機事業(yè)發(fā)展的前沿，與中國商飛、中航工業(yè)等單位多年來形成緊密合作關(guān)系。

專家們在空天學院合影留念

2009 年 11 月 23 日，上海交大與中國商飛上海飛機客戶服務有限公司共建中國商飛上海飛機客戶服務有限公司民用飛機維修工程研究中心框架協(xié)議正式簽訂。此外，西北工業(yè)大學、南京航空航天大學、中國飛機強度研究所、中航工業(yè)上海航空測控技術(shù)研究所等四家單位也作為共建單位在協(xié)議上簽字。至此，上海交大完成了同中國商用飛機有限公司下屬的設(shè)計、制造、客服三大中心的全部合作協(xié)議簽訂和聯(lián)合研究中心建立。

2011年9月28日，在中國商飛設(shè)計人員和實驗室團隊師生的共同努力下，c919大型客機復合材料水平尾翼靜力試驗在團隊試驗大廳圓滿完成。此后，團隊還承擔了機身復合材料后壓力框、復合材料水平尾翼等部段的聯(lián)合設(shè)計與試驗測試任務。上述任務的成功完成標志著我校已成功介入“大型飛機”國家重大專項任務，并成為大飛機研制工程中不可或缺的重要組成部分。

2015年以來，實驗室獲得了中國民用航空局頒發(fā)的“航空材料及工藝方法的試驗和鑒定”委任單位代表證書，以及中國商飛試驗資格合格證書、中國合格評定國家認可委員會（cnas)-實驗室認可。

2016年團隊加入了上海適航審定中心牽頭的國家某重大專項的項目團隊，歷時5年，團隊主力成員全員參與，圓滿解決了c919大飛機結(jié)構(gòu)強度方向適航取證急需的難題，團隊能力進一步得到行業(yè)認可。

近年來，團隊承擔了一系列與適航取證工作密切相關(guān)的試驗任務，均圓滿完成。

2020年7月30日，“c919飛機方向舵后緣連接強度試驗”由上海交通大學結(jié)構(gòu)強度團隊圓滿完成，該試驗是c919飛機復材結(jié)構(gòu)驗證試驗中第一個組件級試驗，也是第一個在高校進行的c919組件級強度適航驗證試驗，對課題組意義重大，標志著交大成功承接大飛機組件級的適航試驗工作。經(jīng)過多年的實驗室建設(shè)和成員的不斷努力，上海交大成為國內(nèi)承擔大飛機結(jié)構(gòu)適航項目的唯一高校。

以實驗室為家

艱苦奮戰(zhàn) 直至勝利

兩座燈火通明的實驗室

今年3月受疫情影響，交大承擔的c919平尾、垂尾損傷特性試驗是兩項重要的適航驗證任務，此時，相關(guān)的各項試驗在全國各承試單位如火如荼開展，正處于攻堅關(guān)鍵時期。為確保今年順利完成c919飛機的適航取證工作，留校教師響應學校號召積極投入到抗疫工作，與此同時也分秒必爭地開展試驗工作，船舶海洋與建筑工程學院相關(guān)團隊也提供了強有力的支持。從寒風料峭的早春，到赤日炎炎的夏天，大家以實驗室為家，憑借高度的使命感和責任感，連續(xù)奮戰(zhàn)三個月，克服重重困難，加班加點，守住了大飛機試驗任務的關(guān)鍵節(jié)點，為國產(chǎn)大型客機攻關(guān)突擊贏得了戰(zhàn)略主動，圓滿地完成了這兩項重要的適航驗證試驗任務。

“數(shù)字制造”，交大團隊攻克大型客機機體數(shù)字化裝配關(guān)鍵技術(shù)及集成應用

針對c919大型客機的六大先進技術(shù)，機械與動力工程學院林忠欽院士領(lǐng)銜的薄板結(jié)構(gòu)數(shù)字化制造團隊在數(shù)字化制造與裝配方面貢獻了智慧。

2008年，在c919型號的啟動階段，機械與動力工程學院制造團隊和商飛制造公司合作成立了“先進制造技術(shù)聯(lián)合工程中心”。雙方在此平臺上開展了深入的合作， 圍繞產(chǎn)品自主開發(fā)需求，合作攻關(guān)數(shù)字化裝配工藝及裝備設(shè)計技術(shù)研究。

林忠欽院士與中國商飛試飛中心主任錢進在c919首飛機組合影

在民機數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)與容差分配、制造數(shù)據(jù)符合性管理技術(shù)、虛擬裝配、總裝移動生產(chǎn)線、總裝密封性能檢測與功能模擬、總裝對接協(xié)調(diào)控制、復合材料金屬組合結(jié)構(gòu)連接一體化制孔等關(guān)鍵技術(shù)上取得了一系列突破，搭建了飛機大部件自動裝配、柔性導軌制孔等實驗平臺，開展了數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)與容差分配技術(shù)研究，為c919總裝試制提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐與驗證。

交大師生與商飛制造航研所和制造工藝部研發(fā)團隊深度合作，扎根研制現(xiàn)場，分析工藝并歸納總結(jié)了c919型號6種裝配特征29類典型協(xié)調(diào)問題。通過“民機薄壁件裝配過程變形機理分析與誤差控制技術(shù)”等工程項目，持續(xù)開展了c919“等直段框上套接協(xié)調(diào)”與“后機身+平尾協(xié)調(diào)”等關(guān)鍵案例實施，助推企業(yè)提升面向“基于模型定義mbd”的數(shù)字化工藝設(shè)計與質(zhì)量控制研發(fā)實力。

合作攻關(guān)期間，雙方通力協(xié)作開發(fā)并聯(lián)合申請了“飛機艙段大型復雜壁板裝配形面多端面柔性測控系統(tǒng)”等十多項發(fā)明專利，以及“飛機數(shù)字化裝配偏差分析系統(tǒng)ava-a”等多項具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，為國產(chǎn)大飛機工程提供了助力。

2011年復雜薄板產(chǎn)品裝配的數(shù)字化工藝設(shè)計與裝備技術(shù)榮獲國家科技進步二等獎，2017年“大型客機機體數(shù)字化裝配關(guān)鍵技術(shù)及集成應用”獲上海市科技進步獎一等獎。

“漫天飛雪”，為c919飛機apu進氣系統(tǒng)降雪揚雪試驗造雪改造升級

上海交通大學制冷與低溫工程專業(yè)建立于1956 年，是我國最早的制冷低溫專業(yè)。機械與動力工程學院吳靜怡教授領(lǐng)銜的低溫工程團隊面向航空航天、船舶海洋等國家重大工程，長期從事低溫環(huán)境模擬、低溫流動與傳熱相關(guān)的基礎(chǔ)科學和關(guān)鍵技術(shù)的研究，積累了豐富的理論成果和工程經(jīng)驗。在國產(chǎn)c919飛機的研發(fā)過程中，與上海飛機設(shè)計研究院積極合作，開展了極端氣候環(huán)境試驗室的建設(shè)和關(guān)鍵試驗設(shè)備的研制工作，為自主化國產(chǎn)大飛機的成功試驗和試飛提供了保障。

2019年團隊接到了研發(fā)了雨風洞試驗室moc4試驗淋雨工況和吹雨工況模擬設(shè)備的任務。對雨霧模擬系統(tǒng)完成了噴淋排架設(shè)計校核、降雨強度標定、降雨均勻度優(yōu)化等工作，對飛機駕駛模擬艙完成了內(nèi)飾的設(shè)計、關(guān)鍵器件的選型、風載和承重校核等工作。該系統(tǒng)實現(xiàn)了模擬起飛和著陸階段特大暴雨、強風暴雨等風擋雨刷系統(tǒng)的真實工作條件。為風擋雨刷系統(tǒng)工作時的駕駛艙視界提供了地面驗證環(huán)境，為雨天條件下的符合性飛行試驗提供了硬件條件。

2020年12月，團隊針對moc4試驗，與上海飛機設(shè)計研究院就降雨強度等效方法、試驗狀態(tài)點選取、試驗構(gòu)型等關(guān)鍵信息進行了多輪討論，確保了試驗程序的合理性和驗證的充分性，并成功開展了c919飛機風擋雨刷系統(tǒng)試驗室試驗，驗證了風擋雨刷系統(tǒng)在大雨條件下保持駕駛艙清晰視界的能力。

2021年9月，團隊承擔了“c919飛機apu進氣系統(tǒng)降雪揚雪試驗造雪設(shè)備研制改造”項目。為了趕在適合c919飛機的低溫氣候環(huán)境窗口進行標定試驗，吳靜怡教授組織多名項目經(jīng)驗豐富、參與過航天高低溫環(huán)境模擬艙建設(shè)的老師進行攻堅克難，在炎炎夏日里，通過搭建的低溫液氮模擬低溫環(huán)境系統(tǒng)，在上海實現(xiàn)了“漫天雪花”的前期模擬驗證試驗，得到可以實施的造雪改造技術(shù)方案。

“敦煌飛天”，保障c919飛機最小機組模擬器試驗及試飛試驗成功

電子信息與電氣工程學院傅山教授領(lǐng)銜的機環(huán)智能團隊長期致力于“人在環(huán)復雜系統(tǒng)理論”為基礎(chǔ)的人為因素研究。人在環(huán)復雜系統(tǒng)理論是支撐復雜裝備系統(tǒng)的總體設(shè)計能力及使用效能的重要基礎(chǔ)理論，重點針對裝備系統(tǒng)中由于人的不確定性而導致的系統(tǒng)的復雜性。研究建立了完整的、定量的、實時的復雜裝備系統(tǒng)人機交互行為的推演及系統(tǒng)效能的評價理論和方法；提出了分層次、多參量、動態(tài)的復雜系統(tǒng)人機一體化的效能綜合評價體系；構(gòu)建具有人為因素研究能力和工程應用能力的硬件實驗環(huán)境和軟件系統(tǒng)，解決復雜裝備系統(tǒng)人為因素的設(shè)計與驗證的工程問題。研究工作致力于構(gòu)建普適性的人因工程設(shè)計體系與工具的系統(tǒng)研究，服務于多類復雜裝備的人機交互系統(tǒng)的設(shè)計和智能化發(fā)展。

人機環(huán)智能系統(tǒng)團隊緊密結(jié)合國家重大需求，自2009年就開始規(guī)劃、研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的人為因素研究方法和系統(tǒng)工具。通過國家重大課題與工程實際的結(jié)合，形成了目前國內(nèi)外民機研發(fā)過程中所采用的最嚴格、最先進的試驗驗證方法及系統(tǒng)；并于2014年經(jīng)受了國產(chǎn)arj21飛機項目的考驗，在c919飛機項目中進一步發(fā)展應用。團隊開展多層次人因工程專業(yè)工程培訓工作，特別在民用航空領(lǐng)域培養(yǎng)了數(shù)十位得到國際專業(yè)機構(gòu)認證的人因工程專家，為我國人因工程的培訓工作提供了寶貴的經(jīng)驗。團隊在研究方法、系統(tǒng)工具、人才培養(yǎng)等多方面有力支撐c919飛機駕駛艙設(shè)計與適航符合性驗證工作。

中國民用航空規(guī)章運輸類飛機適航標準ccar 25.1523“最小飛行機組”條款是現(xiàn)行航空適航體系中事關(guān)駕駛艙人為因素領(lǐng)域最重要的條款，航空人為因素是航空事故最主要的成因，因而該條款的適航符合性驗證受到中國民航及中國商飛公司的高度重視。上海交通大學人機環(huán)智能系統(tǒng)團隊與中國商飛通力合作，攻堅克難，完成了c919飛機最小機組近千小時的模擬器試驗及試飛試驗。尤其面對時間緊、任務重的試飛試驗，團隊克服疫情期間種種困難，一方面多方協(xié)調(diào)確保試驗設(shè)備到位，另一方面自駕兩天兩夜遠赴敦煌確保試驗人員到位，全力保障c919飛機最小機組的所有試飛任務點的圓滿完成。在模擬器試驗期間，團隊師生日夜奮戰(zhàn)，配合試驗任務的開展，并在短短20天內(nèi)完成所有模擬器及試飛數(shù)據(jù)的處理和分析工作，完成適航審定計劃規(guī)劃的所有活動，有力保障了c919飛機ccar 25.1523最小飛行機組條款的關(guān)閉。

“首創(chuàng)陶鋁”，助力民用客機材料攀登材料界的“珠穆朗瑪峰”

2018年12月11日，中國商飛董事長賀東風、中國鋁業(yè)董事長葛紅林考察陶鋁新材料，上海交大林忠欽校長陪同參觀

陶鋁新材料是上海交通大學材料科學與工程學院王浩偉教授團隊針對國家重大戰(zhàn)略需求，耿心不寐攻關(guān)30年研制出的具有完全自主產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)新材料。自2012年起已規(guī)模應用于國家專項裝備、“天宮一號”、“天宮二號”、量子衛(wèi)星和“風云四號”衛(wèi)星等型號。

c919設(shè)計之初，機身材料均采用進口七系和二系鋁合金，此外為了爭取5%的減重，大膽地采用了進口三代鋁鋰合金做機身蒙皮和支撐零件。然而，隨著中美貿(mào)易摩擦的升級，大飛機材料的國產(chǎn)化日趨緊迫。

2015年10月，時任c919總師的吳光輝院士帶著尋訪高性能國產(chǎn)新材料的期盼來到上海交大王浩偉教授團隊，在參觀完團隊多年以來為國家重大裝備提供關(guān)鍵支撐的零件展示，聽取了納米陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的匯報后，頓覺眼前一亮，激動地表示“仿佛看到了一輪初升的太陽，有望繼木材、鋼鐵、鋁合金之后成為新一代的航空新材料”，并滿懷希望的為材料取名——納米陶瓷鋁合金。

“一代材料，一代飛機”，民用客機對所用材料的安全性和可靠性要求極為嚴苛，因此研發(fā)新型航空材料被譽為攀登材料界的“珠穆朗瑪峰”。為了征服國產(chǎn)航空新材料這座“珠峰”，商飛組織西南鋁業(yè)、西北鋁業(yè)、南山鋁業(yè)等多家單位一起參與了國家工信部《國家新材料生產(chǎn)應用示范平臺建設(shè)》和《民機高強高模鋁及鋁鋰合金型材研制及應用研究》項目，開展進口牌號的國產(chǎn)化仿制和替代。陶鋁團隊作為創(chuàng)新替代的主力軍，承擔了“換道超車”——開展擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的陶鋁材料大飛機應用開發(fā)的工作。

大飛機用陶鋁航空型材(不同截面)

7年來，王浩偉教授帶領(lǐng)團隊始終堅守在攻關(guān)第一線，長期扎根生產(chǎn)基地，終于在2021年底完成了陶鋁新材料的規(guī)范建立并獲局方批準。大量嚴格試驗數(shù)據(jù)表明，陶鋁靜力學性能和疲勞性能都顯著超越進口三代鋁鋰合金2196，同時，性能波動水平cv值均在2%以下，遠低于傳統(tǒng)鋁合金要求的5%。這是從無到有的突破——創(chuàng)立了歷史上首個中國人自己的航空材料牌號ca7075-3.5！創(chuàng)建了一種高強高模航空鋁合金體系！

目前，陶鋁零件已隨015+架機完成tc（證明型號設(shè)計滿足適航規(guī)章條款要求的型號合格證）取證，正開展陶鋁裝機零件批產(chǎn)，首批裝機62件，減重11.5%。不久的將來，交大陶鋁將隨c919一起翱翔藍天！

“突破標準”， 攻克國際最新適航標準的結(jié)冰預測及高效能防冰設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)

上海交大航空航天學院劉洪教授牽頭的總體氣動團隊，積極參與了上海飛機設(shè)計研究院大型客機減阻機理及方法、大型客機多段翼型優(yōu)化設(shè)計、c919翼身/發(fā)動機一體化氣動優(yōu)化設(shè)計與計算、c919飛機低速構(gòu)型流動控制技術(shù)方案設(shè)計與應用等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目研究，雙方進行了良好的科研協(xié)作。

自大型民機研制以來，團隊先后提出了寬域水滴環(huán)境結(jié)冰非穩(wěn)態(tài)理論和模擬算法，突破了國際最新適航標準的結(jié)冰預測及高效能防冰設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，在先進減阻增升技術(shù)、一體化組合體綜合優(yōu)化設(shè)計技術(shù)上也有所貢獻，成果在我國c919等大型民機的研制中發(fā)揮了應有的作用，為大型民用客機全天候安全高效的飛行提供了支撐。

“組團參證”，成立專班赴商飛集中參加大型客機聯(lián)合論證

應中國商飛邀請，經(jīng)校領(lǐng)導研究決定，于2008年7月初正式派出了10名教師赴中國商用飛機有限公司集中，與來自其他四十余家單位的專家一起，參加大型客機聯(lián)合論證工作。在6個月的緊張工作中，他們肩負著上海交通大學和中國商飛的雙重使命，克服了來自工作、家庭、交通等各方面困難，出色地完成了論證工作，并在中國商飛召開的聯(lián)合論證工作總結(jié)大會上獲得表揚和紀念獎牌，為上海交大成功介入大型客機項目和樹立在航空領(lǐng)域中的地位做出了重要貢獻。

這10名教師在派出期間辛勤工作，表現(xiàn)出色，他們在近180天的派出時間里，成功建立起相關(guān)學院教師與聯(lián)合論證工程隊責任專家之間的密切聯(lián)系及有效溝通，在總體氣動、結(jié)構(gòu)強度、綜合航電、先進制造、材料適航等專業(yè)完成了在中國商飛c919型號研制中的立項和合同簽訂工作。

“共謀發(fā)展”，共建上海商用飛機系統(tǒng)工程科技創(chuàng)新中心

2017年5月，c919首飛以后，中國商飛面臨著最大的挑戰(zhàn)是c919型號的適航取證問題。為此，中國商飛需要參照國際公認的研發(fā)流程和體系，采用系統(tǒng)工程的方法來構(gòu)建大飛機取證所需要的完整證據(jù)鏈，以表明c919飛機的符合性。

為此，中國商飛決定與上海交大合作，共同構(gòu)建商用飛機系統(tǒng)工程科技創(chuàng)新中心，依托航空航天學院建設(shè)。通過充分發(fā)揮學校的多學科優(yōu)勢，解決商用飛機研發(fā)過程的適航證據(jù)鏈構(gòu)建問題，突破國產(chǎn)大飛機適航取證的難關(guān)。

自中心成立以來，雙方團隊在人才培養(yǎng)、科技開發(fā)和型號攻關(guān)等方面開展了多項合作。在人才培養(yǎng)方面，科創(chuàng)中心組織優(yōu)秀老師與中國商飛團隊一起，建立了商用飛機系統(tǒng)工程的人才培養(yǎng)體系，有力地支撐了大飛機研制體系的建立和適航證據(jù)鏈的構(gòu)建。在科研合作方面，科創(chuàng)中心推動雙方科研團隊建立了緊密的合作關(guān)系。目前，科創(chuàng)中心已經(jīng)連續(xù)支持了三批重要科研課題，全方位支撐了c919飛機的適航取證工作。

“特班培養(yǎng)”，成立商飛班為大飛機事業(yè)輸送一流人才

民機設(shè)計特班開學儀式

2008年，為配合國家重大專項“大型飛機工程”落戶上海，學校開設(shè)了大型民用飛機“特班”，開始有計劃的打造民機設(shè)計人才的重要培養(yǎng)基地；2015年4月，學校與中國商飛再次續(xù)簽全面戰(zhàn)略合作協(xié)議，成立“商飛班”，從招生方向設(shè)置到導師選配、科研訓練都直接服務于c919型號研制任務。2021年，航天航空學院攜手中國商飛首開面向?qū)I(yè)學位研究生的校企聯(lián)合“定制式”課程《民用飛機機體設(shè)計與驗證》，雙方共編教材、聯(lián)合授課，依托c919等型號案例、開展現(xiàn)場教學，在研制和試飛一線為民機事業(yè)培養(yǎng)卓越人才。

中國商飛黨委書記、董事長賀東風與空天學子面對面交流

中國商飛為學院研究生整建制長周期實習做好充分的保障，學生們在企業(yè)實習中涵養(yǎng)行業(yè)情懷、了解企業(yè)文化、堅定就業(yè)信心。據(jù)統(tǒng)計，已有六屆商飛班、四屆莫航班近200名學生赴中國商飛開展長周期實習，近150名優(yōu)秀畢業(yè)生留在實習單位開啟“大飛機人”的職業(yè)生涯。在c919飛機試驗試飛一線攻關(guān)中，涌現(xiàn)出大批交大航空航天學院杰出畢業(yè)生。航空航天學院與中國商飛的緊密聯(lián)合得到了中國商飛黨委書記、董事長賀東風的高度評價，在多個場合表示中國商飛和交大的優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合是校企合力育人的成功典范。

近日，交大收到了來自中國商用飛機有限公司關(guān)于 c919 大型客機研制成功的感謝信，信中感謝了交大團隊在大飛機科技創(chuàng)新、校企合作等方面給予的大力支持和幫助。 “大鵬一日同風起，扶搖直上九萬里。”國產(chǎn)大飛機正在“破繭化蝶”助力國產(chǎn)“大飛機夢”。交大人，在路上！

作者：

科學技術(shù)發(fā)展研究院

供稿單位：

科學技術(shù)發(fā)展研究院