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应对轻量化及标准化的挑战

2017-12-13 14:31:26

今年五月，中国首款国产大型客机C919在上海成功首飞，令中国跻身少数可以自主制造大型飞机国家的行列。目前，C919大型客机的国内外用户达到24家，订单总数达到600架。中国国产大型客机对准未来20年中国逾6000架新飞机的需求，以及4年内全球渴求逾万架新飞机，合共逾2万亿美元的庞大市场。中国客机要成功打入国际市场，仍有一段路要走，包括必须在耗油量及维护成本上与对手竞争，并取得欧洲、美国和其他地方的安全监管机构对飞机进行的认证。现时全球航空业在客机设计及制造上使用的标准化设计策略，将有助中国客机更快打进国际市场。
为了应对燃料成本的上涨，大型航空公司正在集中精力重新设计其机群，以降低总体重量，优化燃油消耗并改善乘客体验。轻型复合材料与工程合金被用于飞机设计的各个方面，包括外部结构件以至飞机机舱模块和座椅。展望未来，轻型化趋势将继续影响飞机内部设计、制造、维护和乘客接触点等各个方面。中国飞机制造业在轻型化上亦应与业界看齐。
随着轻型飞机生产的迅猛增加，飞机原始设备生产商正在不断探索能提高乘客体验，同时降低制造成本的新途径。对于设计工程师而言，这意味着采购的部件，不仅要能满足最终用户对质量和可用性的期望，而且还可实现标准化，令部件能应用于整个机舱的各个部份，如座椅、检修面板、存储设备和厨房等，并大大降低部件验证所需的时间与成本。
标准化设计策略的优势
标准化设计策略能应用在飞机设计与制造的各个层面。例如在设计飞机内部应用时，选择经过验证的锁定与铰接解决方案，可节省设计与验证的时间和成本。通过使用这些已经过验证的解决方案，产品开发团队在设计流程开始阶段，便已无需担心部件的质量与安全问题，而可以专注于更为重要的设计领域。这提高了新产品开发的成本效益，因为它减少了因重复设计，而导致的额外设计、分析和产品验证成本。
索斯科的定位技术铰链和显示器支架符合人工体学设计，为机舱座椅的头枕、飞行娱乐系统、托盘、卫生间和厨房等应用提升乘客的舒适度、功能性及可用性。
航空业的原始设备生产商亦意识到投资拥有更高产量的模具，能降低总体项目成本。例如，使用塑料模制和压铸部件，在完成初始的模具投资后，以后的部件制造成本会显著降低，这与为每个独立应用而使用 CNC 制造部件正好相反。注塑与铸造产品不仅制造速度更快，而且通过适当的模具流分析和工具取芯，可制造出更轻及更坚固的部件。
标准化设计除了节省成本与时间外，原设备生产商还可以将同一个解决方案，应用于多个飞机平台上，大大地缩短并简化产品的验证过程。另一项灵活性体现于仅通过修改产品的 A面，来改变产品样式的能力。这项灵活性能保证部件拥有经过验证的高质量，同时能满足不同飞机的内部设计要求。
索斯科的 R4-EM 9 系列电子转动门锁通过微处理器来控制驱动机制，实现远程监控和开锁控制，可应用于头顶行李舱、氧气释放系统、厨房设备等，在飞机起飞、滑行、着陆或遇上湍流时保持门锁的锁定状态，提升乘客和机组人员的安全。
在飞机内乘客与设备互动的地方，例如座椅、屏幕及各种舱内应用，工程师能使用标准化设计的部件增强设备及应用的功能。由于这些经过验证的标准化部件具有高度可靠性，乘客良好的使用体验将会加强他们对航空公司的正面观感。例如，设计不善座椅及屏幕在运行过程中会发出咔嗒声或刺耳噪音，这会令乘客担忧飞机机械设备的可靠性。相反，高质量和可靠性的活动装置，可大大改善乘客的整体飞行体验。
改善人体工学及简单易用
使用轻型的部件虽然优点众多，但由于部件较轻，质感也不同，当乘客使用时可能将较轻的重量与较低的质量联系起来。例如塑料刀义感觉上便较一般刀义便宜及质量低。然而，在这些轻型化的应用中增加标准化扭矩铰链解决方案，可提升乘客的使用体验。这些扭矩铰链解决方案可让乘客更容易及准确地调较如屏幕及头枕的角度，并减低调较时产生的振动，达致更佳的体验。
例如，位置控制铰链加入了增强摩擦力的设计，在铰链活动时可持续提供阻力，当用户打开轻型塑料台面时，台面感觉更重和更结实。此类位置控制技术还可就应用的重量和功能，调较适当的扭矩阻力，还可用于打开及关闭不同方向的应用，设计非对称阻力的版本。
此外，扭矩铰链还可应用在新一代的飞行娱乐系统。传统飞行娱乐系统要直接安装在座椅上，但新一代系统将设置于扶手或座椅背后，在不使用时可轻松折叠和收起，并能与个人电子器材结合使用。扭矩铰链能为平板电脑或智能手机等器材提供准确及可靠的定位功能，并可防止在飞行途中因指尖触碰或振动而移位。而经预先验证、标准化的扭矩铰链将大量节省所需的设计及验证时间。
提高飞行途中的安全性
飞行安全对乘客至关重要。标准化设计策略可用来解决机舱内的安全挑战。例如机舱行李箱使用最新电子锁，除了提供了一种简单、易用的保安解决方案，还可实现远程门禁控制，进一步提高安全性。这些电子锁能隐蔽地安装在机舱上的门或面板内，确保不会破坏机舱优美的设计。
除了安全可靠和具有远程门禁控制功能，电子门禁解决方案还可节省空间及降低功耗。最新的电子门禁解决方案操作功率很低，意味只需耗用机上更少的电量并减少对电力系统的需求，并让出额外电量给其他新增应用，航空公司能进一步为乘客提供更好的体验。
总结
中国客机生产正进入冲刺阶段，轻量化及标准化是当今飞机设计的大趋势，在设计上若能融大这两大元素，将能增强在国际市场的竞争力。航空航天业原始设备生产商正寻找创新的生产方法满足市场需求，同时亦确保客机内各个与乘客互动的接触点安全可靠。轻量化及标准化的工程方案能降低机上各种应用的重量，最终有助于降低大型飞机的运营和燃料成本。这些经验证的标准方案，能减轻工程师的工作负担并提升设计的灵活性，长远而言将节省更多成本，并最终能增强用户的使用体验。

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