创新铸就航空强国梦 ——航空工业直升机所五十年技术发展回顾 2020-01-23 

  

本报通讯员 何欢

2019年10月1日,直20直升机在国庆70周年阅兵上首次公开展示, 标志着中国直升机携手歼20、运20正式跨入航空装备20时代。

直20是航空工业直升机所最新研制的第四代多用途直升机,代表当前中国直升机工业的最高水平,它的横空出世见证了中国直升机工业技术能力的不断提升,也彰显了我国航空装备领域跨越式发展。

作为直升机设计和技术研究的“国家队”,直升机所在50年航空报国的征途上砥砺奋进,在技术和能力方面取得了辉煌成就,不仅建立起与世界先进水平接轨的设计、试验和试飞技术体系,更实现了三代自主保障,四代的自主研制,为我国国防建设和国民经济发展做出重大贡献。

攻坚克难

突破直升机关键技术

我国的直升机工业肇基于1956年,先后主要经历了起步及测绘仿制、参考样机设计和自主研制三个阶段。

旋翼系统是直升机区别于其他飞行器的标志性部件,它使直升机完成垂直起降,前飞、侧飞、后飞等各种飞行姿态,旋翼技术水平也成为衡量直升机先进程度的关键指标,更被视为在直升机行业内花钱也买不到的核心机密。在20世纪80年代,为了实现自主创新, 改变受制于人的境地,直升机所开始着手攻克旋翼系统关键技术,启动先进旋翼原理样机研制,先后突破球柔性桨毂、尖削后掠式桨叶外形、复合材料结构桨叶设计等关键技术,最终实现先进旋翼原理样机装机首飞。

通过全尺寸旋翼原理样机的研制, 直升机所全方位掌握了旋翼研制的技术,中国不能研制实用旋翼系统的历史从此结束,也通过国产旋翼系统的研发经验,直升机所以重点型号为牵引,突破了全复合材料桨叶、球柔性桨毂旋翼系统设计技术,自主研发的大型复合材料桨叶、球柔性旋翼等第三代旋翼系统已装机应用,广泛装备部队。近10年来,直升机所朝着更先进的旋翼技术发展迈进,在旋翼折叠和防除冰技术领域实现了突破,填补了国内空白;在无铰/无轴承旋翼技术等第四代旋翼技术取得了重大进展, 并掌握了智能旋翼研究中的一整套研发流程和关键技术。

在50年的光荣岁月中,随着以旋翼技术为代表的技术突破,直升机所同步攻克了以总体气动、航空电子系统、飞行操纵与控制系统、民用直升机技术、无人直升机技术为代表的技术,具备了自主开展常规构型直升机总体设计和验证的能力,掌握了直升机气动设计技术,具备常规构型直升机气动设计与分析能力;掌握了先进航电总体设计与系统动态综合试验技术; 掌握了电传飞控设计与系统动态综合试验技术。在民机领域,基本掌握了民用直升机适航取证技术,突破了民机适坠性、传动系统“干运转”等关键技术。在无人机关键技术上实现了重大突破,形成了无人机的自主研制能力,并达到了国内领先水平,这些关键技术的突破,使中国直升机工业上了新台阶。直升机所的研发成果显示,中国直升机产业正迎头赶上世界的最新发展潮流。

创新超越

工程设计能力不断提升

建所初期,薄弱的基础条件制约了直升机关键技术的突破和重大项目的研发。直升机设计人员一直蜗居在三条山沟的低矮房子里手工绘图,在尚未配备大型计算机时,型号研制和预研课题中大量计算和设计任务要派员出差到外地租用外单位计算机来完成,严重影响了型号研制和技术发展。

改革开放后,随着国民经济的发展,国家在直升机工程领域逐步加大投入,引进大型计算机用于直11辅助设计,完成了有关设计图纸任务并发往所外,节约了大量时间和经费。

自20世纪90年代初开始,直升机所加强信息化条件建设,研发手段、工具不断升级换代。1995年,直升机所引入CATIAV4软件,首次在产品研制中采用了全三维实体设计方法。此后,直升机所加快了计算机软硬件及网络系统建设,大力引进数字化设计软件,在其后一系列直升机型号研制中, 均采用了三维数字化设计技术开展初步设计和详细设计,这些设计直接面向企业的装配和制造。正是通过广泛开展三维数字化设计和计算机工程出图,为按节点完成日益繁重的型号研制任务提供了基本保障。2010年底,直升机所建立了以数字样机设计技术为基础,以产品数据管理为核心,以直升机产品研制过程为主线的数字化协同设计平台,数字化研制成为直升机研制的基本模式。由标准件/材料/成品等设计资源库、MBD工具集以及基于CI的技术状态管理等构成的基于MBD的全三维直升机产品研制数字化体系有效提升了直升机协同和快速设计能力,不仅大大提高了设计效率、减少了70%以上的工作量,还提高了协同效率和产品设计质量。

2009年,直升机所天津研发中心挂牌成立,直升机所构建了津景协同研发以及设计与制造异地协同环境,按“一所两地、一套体系”思路运行,津、景两地协同办公、协同研发,支撑了数个军机民机和预研团队800余人在天津所区工作,带动型号研制工作不断迈上新的水平。

在50年的光荣岁月中,我国直升机工业建成了较为完善的直升机研发技术体系和数字化协同设计、制造环境, 支撑了12个系列近60个新研或改型直升机型号的研制,具备研发第四代直升机能力和开展第五代先进直升机技术研究能力。

近些年,直升机所加快研发模式转变,实施跨学科的系统工程设计方法, 注重定义用户需求,集成所有学科和专业,构造一个从概念、生产到运行的结构化过程,从而将传统的“需求满足型”的研发模式向“需求驱动型”的研发模式转变,直升机所已经在多个型号研制中推广使用系统工程方法。

目前,全球正在经历智能制造转型,直升机工程设计将继续朝着数字化、设计与制造技术一体化和智能化方向发展。未来直升机工程设计能力提升将以需求论证和持续创新等两大核心能力建设为重点,逐渐形成基于需求的正向研发模式,最终实现从传统的“设计-制造-试验”研制模式向“数字设计-虚拟综合-数字制造-物理制造”工业新范式的跃升。

独树一帜

国内一流的直升机试验能力

试验是直升机研制的重要一环,为直升机首飞和科研试飞提供了有力的依据和安全保障。直升机由于其构造特殊,在研发环境及试验、验证手段等方面自成体系,试验难度很大且无现成经验可借鉴。建所早期,技术人员和工人白手起家,土法上马,自行研制了各种试验台架等设施,逐渐摸索形成了庞大的直升机试验数据和方法经验。

地面联合试验台,俗称铁鸟,包含装机的旋翼、传动、发动机、飞行控制等众多系统,与直升机整机结构相近。在地面联合试验台上,可以进行地面试验真实考核各系统,对直升机的关键技术能进行试验验证,以保证型号首飞和定型前的各项试验验证任务。五十年来,直升机所逐步掌握了地面联合试验台的技术基础和经验, 已经成功地建立了多个型号的地面联合试验台,并保证了多个型号的首飞和设计定型。

旋翼试验塔是直升机研制特有的科研设施。2004年,旋翼试验塔安装旋翼原理样机调试运转成功,作为专用试验设备,旋翼试验塔不仅填补了国内缺乏专业旋翼试验设备的空白, 并且各技术指标和设计要求都达到了国际先进水平。目前,旋翼试验塔已经完成直11、AC313、AC352等多个型号及预研课题的旋翼试验。

在50年的光荣岁月中,直升机所逐步建成了覆盖13吨级以下直升机通用设计和验证平台,包括:强度试验、试飞测试两个试验中心;旋翼噪声、低速风源、“铁鸟”台、旋翼塔四个大型综合试验平台,电气、燃/滑油、航电、飞控四个主机系统综合联试试验室;打通了数字化设计生产线,有力提升了直升机设计、试验验证能力, 形成了自主研制第三/四代直升机能力,试验条件涵盖直升机研制全过程。

锐意创新

引领技术发展走向未开

技术创新是引领直升机发展的第一动力。近年来,在国家实施创新驱动战略背景下,直升机所通过理念创新、制度创新、管理创新等多项举措, 着力打造领先创新力,取得一系列重大突破。

围绕军民用直升机背景型号关键技术、基础技术、前瞻性技术的研究, 直升机所重点突出直升机特色专业的技术发展和能力提升,在总体气动、旋翼、结构与强度、飞控、航电等领域取得了丰硕的科研成果。直升机所专利申请实现年递增20%,发明专利达到80%以上,重点型号及其预研成果中的专利数量占主导地位。截至2018年底,直升机所实现专利申请累计1149项,获授权专利证书共计504项。

为激发科技人员的创新热情,直升机所于2015年正式批准设立所级创新基金,先后完成变距多旋翼无人机技术、磁悬浮飞行技术、仿生扑翼飞行技术、无人机自主充电技术、有缆多旋翼飞行技术、自主避障飞行技术等一大批重要技术,研发出旋翼液压阻尼器、便携式可交互驾驶员操作PAD、航电光纤总线等科技产品,为直升机所航空产业提供源源不断的发展动力。2019年,直升机所新成立了“创新特区”——科技创新中心,为具有创新意识的设计人员搭建创新平台和环境,使其专注于重大技术攻关和前沿创新,致力打造若干以技术创新为使命、以产品集成为依托、以型号应用为最终目标的直升机新技术研发团队。

直升机所深入推进国际技术交流, 与多国开展了广泛的国际交流与合作。2005年,直升机所与空直对等合作共同研制H175/AC352直升机, 树立了我国航空工业走向国际的成功范例,2016年12月,AC352在哈尔滨实现首飞。

直升机所建立“前沿技术探索、基础技术预研、关键技术攻关、批产技术提效”的技术创新体系,实现我国直升机技术全面发展;构建全项目管控能力和多项目精细化管理能力显著提升,形成主导产业突出、业务结构合理、盈利能力增强的发展格局, 建立起支撑组织高效运行的管理体系, 知识工程初步建成,MBSE构架融入流程,建立全球人才共享机制,全方位提升研究所人才核心竞争力。

当前,直升机所站到了与国际同行同台竞技的新高度。直升机所构建具有完整的直升机研发技术体系,拥有总体气动、动力学、旋翼传动、航电武器、系统试验和综合保障等40多个专业,具备覆盖13吨级以下直升机(含无人直升机)的通用设计和验证平台能力,形成了国产直升机谱系,强有力支撑了陆、海、空和武警部队的装备现代化和国民建设。

未来,直升机所将为打造一流研发机构,实现员工奋斗价值接续奋斗, 做直升机产业引领者和价值创造者, 担当航空强国使命,助力伟大的强军梦、中国梦。