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ARJ21

科普小知识2022-01-25 01:52:57
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ARJ21是AdvancedRegionalJetfor21stCentury的缩写,是中国按照国际标准研制的具有自主知识产权中短航程新型涡扇支线飞机。中国商飞于2015年11月交付给该公司的首架ARJ21“翔凤”飞机,已由民航局航空器适航审定司正式批复ARJ21飞机106架机注册号申请,注册号为B-3321。2016年6月28日早上9点15分由成都飞往上海虹桥的EU6679次,飞行时间大约是2小时35分钟。这是国产ARJ21飞机第一次执飞。2017年9月28日上午,ARJ21飞机顺利完成一架次共9个试验点的生产试飞任务。

1、简介

ARJ21飞机中文名字为“翔凤”,英文全称AdvancedRegionalJetofthe21stcentury,由成立于2002年的中国航空工业第一集团公司研制和发展。

ARJ21从2002年4月立项,2007年ARJ21飞机完成总装,并于2008年11月28日举行了首飞仪式。ARJ21民用客机是中国第一次完全自主设计并制造的支线客机。采用“异地设计、异地制造”的全新运作机制和管理模式。机体各部分分别在国内四家飞机制造厂生产。ARJ21项目研制采取广泛国际合作的模式。采用了大量国际成熟先进技术和机载系统,发动机、航电、电源等系统全部通过竞标在全球范围内采购,其中有许多系统零部件、产品在中国生产制造。ARJ21飞机主要用于满足从中心城市向周边小城市辐射型航线的使用要求,最大设计经济寿命为60000飞机小时/20个日历年。

2014年12月30日取得了中国民航局颁发的型号合格证。

2015年11月28号,首架将交付成都航空,2016年全面投入商业运营。ARJ21飞机在成都航空的首批飞行航线有望是成都至北京、上海等主要城市。

2、型号

ARJ21飞机包括ARJ21-700,ARJ21-900,ARJ21F,ARJ21B四种型号,可以满足乘客的不同需求。

3、研发


ARJ21

ARJ21支线飞机是一种九十座级、以涡扇发动机为动力,满座航程为二千海里的中短程支线飞机。2003年12月,该飞机分别在成都、沈阳、西安和上海四家飞机主机厂同时开工进行零件制造,并采用“异地设计、异地制造”的全新运作机制和管理模式,开始了中国首架拥有自主知识产权民用飞机的研发制造历程。

2002年1月,ARJ21飞机项目启动。

2003年6月30日,ARJ21飞机完成预发展阶段的总体方案设计。

2006年4月,ARJ21飞机由详细设计阶段转入全面试制阶段。

2006年6月,一航沈飞ARJ21飞机数控零件开工生产。

2006年8月12日,中国一航新支线飞机项目指挥部在北京成立。

2006年9月9日,一航西飞在西安顺利交付首架ARJ21飞机的第一个大部件——前机身段。这是新支线项目研制转入全面试制阶段后实现的第一个标志性节点目标。

2006年11月4日,ARJ21飞机航电系统综合试验启动成功。

2006年11月16日,一航西飞提前3周交付首架ARJ21飞机的中后机身上部组件。

2006年11月23日,首架ARJ21飞机发动机吊挂在一航沈飞提前交付,打破了飞机吊挂只能从国外购买的历史;

2006年12月20日,首架ARJ21飞机机头在一航成飞顺利交付;

2006年12月27日,首架ARJ21中后机身下部在一航西飞提前交付;

2007年3月7日,一航西飞顺利交付首架ARJ21机翼和中机身部件,它是新支线飞机制造最为复杂的大部件,标志整个ARJ21飞机研制取得重大突破性进展,为整机总装的全面展开提供了有力的保障;

2007年3月13日,一航沈飞顺利交付首架ARJ21的最后一个大部件——飞机尾段。至此,ARJ21飞机机头部件、前机身段、机翼、中机身、中后机身,尾段等大部件均已到位,ARJ21新支线飞机全面总装蓄势待发。

2007年3月30日,首架ARJ21飞机总装在上海开始总装,同时全面启动系统综合试验。项目进入全面总装、试验、试飞、取证阶段。

2007年9月底,首架ARJ21静力试验机完成总装。

2007年12月21日,首架ARJ21飞机总装下线。

2008年3月,首架ARJ21飞机将进行首飞。

2009年第三季度,ARJ21飞机适航取证并交付用户。

4、制造

ARJ21飞机的制造由多家飞机工业公司共同完成。以下摘录由我国公司完成的任务。

•2006年9月9日,新支线飞机首架前机身部件在中国一航西安飞机工业公司交付。

•2006年11月23日,首架ARJ21飞机发动机吊挂在中国一航沈阳飞机工业公司提前顺利交付。

•2006年12月20日,首架ARJ21新支线飞机机头在中国一航成都飞机工业公司成功交付。

•2007年3月7日,首架ARJ21飞机机翼翼盒和中机身在中国一航西安飞机工业公司交付。

•2007年3月13日,首架新支线飞机尾段在中国一航沈阳飞机工业公司交付。

•2007年5月11日,新支线飞机首架雷达罩在中国一航济南特种结构研究所交付。

5、结构

机身


ARJ21飞机

所谓机身,是飞机上用来装载人员、货物、武器和机载设备的部件。它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。作为飞机最大的“部件”,良好的机身对飞机有着至关重要的影响,

首先,良好的机身流线型对于减小飞机阻力,改善飞行性能具有重要作用。从技术上看,ARJ21飞机采用双面剖面机身,双圆剖面机身、下单翼、尾吊两台涡轮风扇发动机,短涵道分离流

(SDSF)动力装置、高平尾、前三点式可收放起落架的基本布局。次要结构采用复合材料以降低结构重量,以此减少油耗,以高了耐久性和可靠性。

对于客机而言,乘客的舒适度和机身也有联系。ARJ21-700型号飞机机身长度33.46米,高8.44米。客舱宽度123.7英寸(3.14米),比竞争飞机宽15-25英寸。因此,在同类支线飞机中,ARJ飞机的客舱是最宽敞的。ARJ21飞机采用公务舱排距38英寸、经济舱排距不小于32英寸的宽松布置。其基本型和加长型分别拥有17.7立方米和20.9立方米的下货舱,货舱高度接近1米。这无疑能为旅客提供更多的行李空间从而提升了乘客的舒适感。

ARJ21飞机的乘坐舒适性不仅体现在与干线飞机相当或优于其中某些机型的宽座椅、大排距、边座/侧壁大间距、宽过道、高天花板和低噪声的先进客舱布置,还体现在符合工程心理学原理,前卫宜人的客舱美学设计和全机飞行力学特性决定的优越乘坐品质。

当然,飞机的货运能力与机身空间大小也有关系。ARJ21F是ARJ21系列的货运型,为满足快速增长的航空货运市场需求而发展。主货舱长度为19.033米,可安排4~5个LD7集装箱或4~5个PIP集装盘,最大装载重量为10,150kg。

机翼

机翼是飞机的重要部件之一,安装在机身上。其最主要作用是产生升力。机翼的种类很多,除主机翼外,还有改善起飞和着陆性能的襟翼、用于飞机横向操纵的副翼、在机翼前缘安装的缝翼和安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的尾翼。

ARJ21飞机在机翼的设计上颇有用心。首先,ARJ21飞机采用了多专业综合优化设计的、较大后掠角的超临界机翼和与机翼一体化设计的翼梢小翼。较大的后掠角可以显著提高飞机在设计巡航重量范围内的巡航性能,而翼梢小翼可以有效增大机翼有效展弦比和减少诱导阻力。其次,高效的增升装置使ARJ21飞机具备优异的低速性能。最后,超临界机翼的应用,使机翼的相对厚度增大,从而减轻机

翼结构重量和加大机翼油箱容量。因此采用此项技术,ARJ21飞机在提高飞行品质的同时,也降低了油耗,提高了ARJ21飞机航程能力和商载能力。

这里特别提及ARJ21飞机机翼是翘起的造型,因为采用了当今最为先进的技术——超临界技术,这项技术使ARJ21飞机巡航马赫数达0.78,飞行速度与干线大飞机相当。这一技术的具有明显的优势。采用超临界机翼可提高临界马赫数,同时不必付出增加机翼重量的代价。超临界翼型的前缘钝圆,气流绕流时速度增加较少,平坦的上表面又使局部流速变化不大。这样,只有在飞行马赫数较高时,上表面局部气流才达到音速,即其临界马赫数较高。在达到音速后,局部气流速度的增长较慢,形成的激波较弱,阻力增加也较缓慢。超临界机翼还可用于减轻飞机结构重量。如果带后掠翼的高亚音速飞机改用超临界机翼,在保持飞行速度不变的情况下,可以在机翼厚度不变时改用平直机翼,这样就可减轻机翼重量,同时改善机翼的低速气动特性。

起落架

起落飞机下部用于起飞降落或地面(或水面)滑行时支撑航空器并用于地面(或水面)移动的附件装置,是唯一一种支撑整架飞机的部件,是飞机不可分缺的一部分。当飞机起飞后,可以视飞机性能而收回起落架。

ARJ21飞机采用前三点式起落架,前轮在机头下面远离飞机重心处,可避免飞机刹车时出现“拿大顶”的危险。两个主轮左右对称地布置在重心稍后处,左右主轮有一定距离可保证

飞机在地面滑行时不致倾倒。飞机在地面滑行和停放时,机身地板基本处于水平位置,便于旅客登机和货物装卸。

前三点式起落架具有明显的优势。首先,前三点式起落架着陆简单,安全可靠,若着陆时的实际速度大于规定值,则在主轮接地时,作用在主轮的撞击力使迎角急剧减小,因而不可能产生象后三点式起落架那样的“跳跃”现象。其次,前三点式起落架具有良好的方向稳定性,侧风着陆时较安全。地面滑行时,操纵转弯较灵活。还有一点,因在停机、起、落滑跑时,飞机机身处于水平或接近水平的状态,因而使用前三点式起落架的飞机向下的视界较好。尽管前三点式起落架也具有安排困难,超越障碍能力差等缺点,但由于现代飞机的着陆速度较大,并且保证着陆时的安全成为考虑确定起落架形式的首要决定因素,而前三点式在这方面与后三点式、自行车式和多支柱式起落架相比有着明显的优势,因而得到最广泛的应用。

在可能的情况下,起落架需要在紧急状态下打开以满足飞机紧急起飞或降落的要求,因此起落架与飞机和乘客的安全紧密相连。为了保证飞机的安全,起落架放下有一套备用系统,即起落架应急放。它是在起落架设计中要求起落架正常放下功能失效时,机组拉起应急放起落架手柄,实现起落架解锁,利用其自身重力及气动力放下并上锁,以保障飞机的着陆安全的一套系统。为了ARJ21飞机的起落架应急放系统,研发人员进行了大量的实验和研究分析,历时三年,终于于2013年3月12日完成了220节、270节两个速度点、满舵条件下起落架应急放,取得了重大技术攻关的成功。

发动机

航空发动机,是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏,被誉为“工业之花”,它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。

ARJ21飞机的发动机是由通用电气公司(GE)的CF34支线喷气发动机。GE飞机发动机集团与中国航空工业第一集团公司控股的中航商用飞机有限公司于2002年签署了合作协议,在ARJ21飞机上配备CF34-10A型号发动机。

CF34系列发动机前身是空军A-10攻击机等装备的TF34发动机。TF34是美国通用电气公司研制的一种双转子高涵道比涡轮风扇发动机。CF34经过改进(如增加了凯芙勒纤维加

强风扇包容环和防火的陶瓷纤维绝缘罩)已适用于民航,延续了TF34稳定、低噪音的特点,应用于支线运输机、中型公务飞机等。

CF34系列发动机采用了单元体设计方法,共分8个单元体,使发动机便于维修。采用了气膜冷却技术。该发动机具有大涵道比、高推重比和低耗油率的特点,且可靠性和维修性好,翻修寿命已达6000小时。

CF34-10A是GE公司最畅销的CF34系列发动机的成员之一。CF34-10A专为中国西部的高寒高海拨机场开发,被选择用于中国自主研发的ARJ21系列支线客机。融合了当今可获得的最先进的技术,吸收了整个GE产品系列5亿飞行小时的使用经验,从世界上最大、功率最强劲的GE90直至100座以上客机用的最畅销、最可靠的CF6和CFM56发动机。

CF34-10A关键的设计特点包括:采用宽弦风扇,以提高推力并增强抗外来物损伤容限;压气机叶片采用三维气动设计,以提高效率,达到无喘工作,降低油耗和提高排气温度裕度;采用耐久性高的低排放单环腔燃烧室,满足或优于最严格的排放标准;以及采用单级高压涡轮,以降低使用成本。

6、特点

ARJ21是AdvancedRegionalJetforthe21stCentury缩写。ARJ21-700飞机是我国自行研制的具有自主知识产权中、短航程新型涡扇支线飞机。飞机可载客78~90座,标准航程型满客航程为2225公里,主要用于满足从中心城市向周边中小城市辐射型航线的使用要求。飞机最大起飞重量40500千克,最大使用高度11900米,最大航程3700公里,设计经济寿命为60000飞行小时/20个日历年。

ARJ21-700飞机具有适应性、舒适性、经济性、共通性、系列化等特性。飞机适应以中国西部高原高温机场起降和复杂航路越障为目标的营运要求,具有可媲美干线客机的舒适性,并低于竞争飞机的直接使用成本和全寿命成本。

(一)适应性:适应以中国西部高原高温机场起降和复杂航路越障为目标的营运要求。

我国西部地区具有相对简陋的机场条件和航线上障碍物很多的特点,这既要求飞机有过硬的起飞和爬升性能,在不减载的情况下能在较短的距离内起落,又要保证飞机能在较为恶劣的气候环境中运营,并对飞机性能如单发升限等提出了很高的要求。

ARJ21新支线飞机可以很好地适应中国复杂的地理环境。ARJ21新支线飞机的设计是以未来西部交通枢纽昆明机场作为设计的临界条件,并用西部地区航线来检验飞机的航线适应性,以保证在实现经济效益的条件下满足西部的高原高温环境要求。

ARJ21新支线是世界上第一款完全按照中国自己的自然环境来建立设计标准的飞机,在西部航线和西部机场具有很强的适应性。

(二)舒适性:与150座先进干线客机媲美。

ARJ21新支线飞机的客舱宽度123英寸,比同类型飞机宽15-25英寸。ARJ21飞机采用公务舱排距38英寸、经济舱排距不小于32英寸的宽松布置。其基本型和加长型分别拥有17立方米和20立方米的下货舱,货舱高度接近1米,能为旅客提供更多的行李空间。对于客舱的内装饰和服务设备,综合考虑了线条、颜色、图案、照明和实用等因素,以保证乘客获得最大程度的舒适感。

ARJ21新支线飞机的乘坐舒适性不仅体现在与干线飞机相当或优于其中某些机型的宽座椅、大排距、边座/侧壁大间距、宽过道、高天花板的先进客舱布置,还体现在符合工程心理学原理,前卫宜人的客舱美学设计和全机飞行力学特性决定的优越乘坐品质。

(三)经济性:低于竞争飞机的直接使用成本和全寿命成本。

ARJ21新支线是新研制飞机,从飞机的开始设计就对飞机的全寿命成本(LCC)进行严格控制。通过采用长寿命结构设计,注重高可靠性、维修性设计,使飞机的可靠性和安全性得以提高,从而降低维护成本;采用低油耗先进涡扇发动机,提高了飞机的使用经济性;运用数字化设计技术为代表的先进研发手段以及和国际接轨的生产管理和质保体系,在很大程度上降低研制和生产成本,争取比同类飞机降低10%。

(四)共通性:可以媲美150座主力干线飞机的性能和使用特性,在飞行/维护人机界面以及操作程序方面尽可能保持共通性。

ARJ21新支线飞机的设计不仅体现在与150座级干线飞机具有相近的飞行性能和相媲美的舒适性,同时在驾驶舱人机界面、维护人机界面和相应操作程序方面尽量保持共同性,从而可降低航空公司飞行员换装培训成本,提高飞机调配使用的灵活性。

ARJ21新支线飞机包括基本型、加长型、缩短型、货运型和公务机型系列化发展。

7、意义

新中国航空工业,是以仿制前苏联军民用飞机起步的。改革开放以来,在军用飞机领域,中国自主研发了飞豹歼轰机、枭龙和歼十战斗机、高级教练机等机种,为国防事业做出了突出贡献。

由于种种原因,中国民用飞机产业一直相对落后,没有走出仿制的模式,没有研制过一个具有自主知识产权的民机机型。已经批量出口到国外的新舟60涡桨支线飞机,其前身运七也是仿制前苏联的机型。ARJ21支线客机,成为新中国航空工业历史上第一款自主设计、自主研发、拥有完全知识产权的民用飞机,填补了中国航空工业的空白,并为中国民用飞机产业的发展奠定了基础。

作为我国第一款自主设计和研发的民用飞机,ARJ21飞机亦具有许多令人称赞的特点。首先,ARJ21飞机具有可靠的安全性。ARJ21是我国第一架严格按照国际通用的航空适航管理条例进行研制和生产的民用飞机,也是目前国内唯一申请运输类飞机适航标准型号合格证并得到美国联邦航空局受理的运输类飞机项目。

再者,在经济性方面,ARJ21也领先于竞争对手。票价可以便宜8%至10%,有着明显的竞争优势。在气动力设计中,采用了超临界机翼和先进的轻质材料,飞机的重量更轻,有效载荷更大,实现了低阻力,高升力。选配的发动机油耗低,推力大。从设计到制造、使用维护各个环节,力求制造成本低、燃油效率高、维护成本低,无故障的飞行时间比别的飞机更长。

还有很重要的一点,就是ARJ21飞机的舒适性。ARJ21飞机最大的客舱宽度达到3.14米,高度2.06米,在同类型飞机中是最宽敞的。吴光辉说,这个飞机虽然是支线飞机,但是在舒适性方面是按照干线飞机的要求来设计,跟干线飞机的舒适度完全一样。单座宽度比波音737的单座还要宽将近三厘米。这极大地保证了ARJ21飞机的空间,从而能够为乘客提供更舒适的环境。

8、不足

从ARJ21飞机,我们也能看到自己的不足。比如很重要的一个部件——发动机,仍然是用美国GE的产品。我们也在期待未来中国有能力完全靠自己的先进工艺生产我们的民用客机。

可以说,尽管现在国际支线客机市场强手如林,竞争十分激烈,ARJ21飞机以其出色的性能成功打开市场。我们有理由相信我们中国的民用飞机产业将会以此为契机,在未来取得更大的成功!

9、执飞

2016年6月27日上午,成都航空召开新闻发布会发布会,宣布国产ARJ21飞机已经获得局方批准,随时可以执飞商业航班。

2016年6月28日11点37分,成都航空EU6679在上海虹桥机场成功落地那一刻,标志着我国自主研制的首架喷气式支线客机ARJ21完成首次商业运营飞行。据了解,首航飞机70个座位的机票售罄。

《成都商报》报道称,今日首航将由首批飞行小组的3个机长联袂担纲,分别是成都航空副总经理张放、副总飞行师刘波和副安全总监李建国。职业生涯已经飞行了1万多个小时的资深机长张放表示,自己操纵ARJ21飞行小时达到600多个小时,“不难飞、上手快”。


ARJ21飞机试飞的6年里,飞机走南闯北,去过中国最冷、最热、风最大、最潮湿等条件极端的地方,2013年还远赴加拿大万里追冰,绕北半球一圈。

“2008年首飞以来,飞机一直是安全的,今年进行了环球飞行3万公里,飞机也没有出什么大故障,”民航华东局上海审定中心主任沈小明在2014年表示。

2017年10月26日中午12点12分,刚刚交付成都航空的第三架ARJ21飞机(航班号:EU6667)顺利完成成都双流经停长沙黄花至上海虹桥的航线,安全降落在上海虹桥机场。祖国的蓝天上将同时飞翔着三架航线运营的ARJ21飞机。

10、试飞任务

2017年9月28日上午,ARJ21新支线飞机107架机在上海大场机场完成一架次生产试飞任务,试飞空域为上海至南通。

当天上午8:01,ARJ21飞机107架机在大场机场起飞,经过2小时15分钟飞行,于10:16降落,顺利完成一架次共9个试验点的生产试飞任务。执行试飞任务的是试飞员朱伟文、刘克、魏国庆,试飞工程师王魁、吴广博。

ARJ21新支线飞机目前共有2架飞机交付成都航空投入航线运营,4架试飞飞机先后在福建、青海、上海、山东开展航线拓展、设计优化等试飞任务。

11、订单数

2017年09月25日,中国商飞公司,与农银金融租赁有限公司签署《ARJ21-700飞机购买框架协议》,再添20架飞机订单。至此,ARJ21-700飞机累计订单达到433架。

成都航空是全球首家接收并运营ARJ21的航空公司。ARJ21投入运营已经超过一年时间,自首航以来,累计安全运载旅客13797人次,客座率近90%,示范运营取得了阶段性成功。目前,成都航空已有两架ARJ21在飞,年内还将接收另外5架。成都航空共购买了30架该型号飞机,其余的23架将在未来的五六年内完成交付。

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