火车不是推得，飞机真是吹的！——飞机结构特点详解

老师：上课了，今天我们要说一下飞机结构的特点，啊！我们搞飞机制造的必须先知道飞机结构的特点，才能明白飞机制造的特点！后面睡觉的同学醒一下，这个很重要的！

老师：好了，都醒了，飞机的特点呢，和常见的车辆比，飞机第一个特点是零件多！

小明：老师，火车零件不多吗？经常20多节车厢呢！

老师：呃，……这个后面说，我说的是一般的车辆……，呃，飞机的第二个特点是尺寸大！

小明：老师，高铁……

老师：小明！不要捣乱！呃，飞机的第三个特点是刚性差！

小明：老师，比我们家蔬菜大棚还软吗？

老师：我说机械产品呢！呃，飞机的第四个特点是外形复杂！你看看苏27……

小明摸出从钟表上卸下来的齿轮：老师，我觉得齿轮比飞机的外形复杂多了，你看，这么多齿，弯弯曲曲的……

老师：小明！！再捣乱就滚出去！嗯，……说到哪了？啊！飞机的第五个特点是精度要求高！嗯，小明！把你的破钟放回去！！！闭上你的嘴！飞机的第六个特点是结构复杂！

小明：老师，我们游泳池上的顶棚，密密麻麻的架子，结构也挺复杂的！

老师：滚！给老子滚！……

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提起飞机，很多人认为是工业之花，但又觉得说不出和常见的机电产品，包括汽车的区别。飞机制造行业常遇到的对话是：

路人甲：你学什么专业的？

你：飞行器制造工程。就是主要学飞机制造了！

路人甲：啊！好高大上啊！和造汽车差不多吧？！有啥区别？

你：啊？！这个……，（想想刚才的段子）好吧，差不多吧。

你能说清楚飞机的结构特点吗？敬

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老师：同学们，今天请来艾伦院士给大家答疑，这位就是艾伦院士，大家鼓掌欢迎！

艾伦院士：大家好！我是艾伦院士！很高兴认识大家！有什么问题我们都可以交流。

老师：小明同学！坐下！我们该进入正题了！！上节课我们说了飞机结构的六个特点，零件多、尺寸大、刚性差、外形复杂、精度要求高、结构复杂。不少同学踊跃提出了很多疑问，这次请艾伦院士做一下答疑。请大家踊跃提问啊！……嗯，除了小明……

小明：老师，上次课就我踊跃提问来着，别人都在忙着看手机，睡觉！

老师：你还不如看手机呢！

小明：我手机是中兴的，芯片坏了，返厂说美国禁运，得7年以后才有配件，还说这属于不可抗力，他们也没办法！

艾伦院士：没关系的！小明同学尽管问！

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小明：我第一个问题是，飞机零件多，会多过火车吗？你知道南京宁芜铁路市区段从2006年就号称马上搬迁，十多年了还在号称马上搬迁，我常常在大明路口等火车通过，看火车动则几十节车厢……

艾伦院士：这个问题说的很好，首先飞机零件多并不是说一定是世界上最多的产品，只是相比一般的机电产品零件多很多；另外火车虽然车厢多，但制造单位确是单个车厢，因此不能用无限连接的多个车厢来和飞机比，对于单一车厢来说，火车车厢零件并不多，和汽车比也未必多；第三，飞机的这些结构特点，不能完全单一拆开看，因为这些特点综合起来，对制造的难度增加就不是一个线性叠加的关系，而是加倍的增加。

小明：那飞机的零件比汽车多多少呢？

艾伦院士：这个要看不同的飞机了，但一般来说，汽车零件数目是以千为单位的，几千个零件已经属于零件数目极多的机电产品了。而飞机的零件数目是以十万为单位的，几十万零件的飞机不算复杂的，而大型商用飞机甚至零件要到百万这一量级！

小明：嗯，我坐飞机的时候看到一排排的铆钉，很整齐，数目是不少！

艾伦院士：呃！需要说明一下，飞机一般说零件数目是不算铆钉等紧固件数目的，因为那样算起来就更多了，据可靠谣言，ARJ21的水平尾翼零件数目就有2000多个。

（备注：ARJ平尾就是屁股上那两侧高跷的屁股蛋子，很性感吧！）

小明：卧槽！……

小明：我第二个问题是飞机的尺寸比火车大吗？比如高铁？

艾伦院士：这个问题从两个方面说，一是飞机往往比一般的产品，比如汽车大，当然有些小型的飞机不算，而大型飞机如空客的A380、波音747也比一般的火车要大，比如大型运输机C-5A飞机翼展68m，机身长75m；另一方面，我们说飞机的尺寸大，一个重要考虑是飞机单个零件也有很多大尺寸的，比如A380的机翼右上壁板可达33*2.8m，波音747机翼上一块整体壁板长达34m。

（A380的机身壁板）

（ARJ机翼下壁板）

小明：这么大的零件可以当房顶了！

艾伦院士：是啊！这种大型零件每个零件的成本至少是百万量级的，如果你用的起的话，确实可以定制屋顶的……

小明：刚才是个幻觉……

艾伦院士：还有，飞机真不比火车小！很多火车车厢都是飞机运输的！

小明：那飞机零件的刚性差吗？比塑料大棚、易拉罐好多了吧！

艾伦院士：是的，从某种角度说，和那些情况比，飞机零件刚性是要好一些，但是和其它特点，以及飞机的功能比起来，刚性问题就很突出了，比如飞机是飞在空中的，所有的受力都通过飞机蒙皮传递下来，而塑料大棚等，甚至汽车车壳子（覆盖件）都不可能承受这么大的载荷，加上飞机蒙皮还要和其它众多零件连接在一起，那些零件的刚性也不怎么样，这就对制造和装配带来极大的困难，所以飞机零件刚性差的特点就显得更加突出了！再想一下，大型客机这样的庞然大物，其蒙皮厚度也就2mm，薄弱处甚至只有1.2~1.8mm，你真的觉得易拉罐比飞机刚性差吗？？

（图中是747的垂尾结构，可能想不到，看似结实的大灰机里面就是这些薄薄的零件拼起来的！）

（备注：A380，长度：72.75米，翼展：79.75米）

小明：我勒了个去！以后真心不敢坐飞机了！

小明：我觉得齿轮比飞机的外形复杂多了，为什么说飞机外形复杂呢？

艾伦院士：外形复杂并不是说飞机表面有很多突变的点，常规机电产品外形往往是规则的几何图形或几何体组合而成，方的、圆的……，就算你说的齿轮，也是是渐开线等常见而且精确的几何曲线，这些形体可以用数学公式精确表达，而且数学公式很简洁。而飞机外形往往不能用一个简单数学公式表达，设计时目前都是采用复杂的插值曲线曲面来表达，比如早期的样条函数到后来的非均匀有理B样条，通过三维CAD软件来设计的。而最终的设计，是依靠风洞进行试验来定型的，取得良好的气动性能，从这一点说飞机真是吹出来的！

小明：你说的好有道理，但是很多汽车、特别是跑车，外形也足够复杂！

艾伦院士：是的，其实这些跑车，外形设计也和飞机有些类似，但是它仅限于车壳子（覆盖件），而飞机由于蒙皮传力，里面连接的长桁、框、梁……等等零件都需要复杂的外形，所以整体来说，飞机外形复杂的零件极多，构成了整体上外形复杂的特点，是目前外形最复杂的产品，没有之一！

小明：那怎么理解飞机精度要求高呢？有很多产品比如钟表、还有众多复杂的机床等高精度产品，精度要求也高啊！

艾伦院士：是的！单从绝对精度来说，飞机的精度要求并不显著，但考虑到巨大的尺寸，飞机的精度要求相对来说就非常高了！举个栗子，如果一个手机大小的零件，要做到表面跳动误差0.1mm，那都算不上精度，做到0.01mm也没什么压力！但是一个30米长的零件，比如大型飞机的机翼，表面波纹度做到0.5mm，都非常不容易，常规手段都很难，更何况这个部件还是由刚性差的零件组合而成的。再比如说，用笔画一条线，如果画30mm长，即使不用工具，在视觉上也可以画的相当直，但是让你画30米长，给一把尺都很难！