復合材料在航空領(lǐng)域中應用

 波音787（Dreamliner）中型雙發(fā)（動機）寬體中遠程運輸機，是波音公司（Boeing Co.）1990年啟動波音777計劃后14年來推出的首款全新機型，由波音民用飛機集團（BCA）負責開發(fā)，在2004年4月正式啟動。經(jīng)多次延期后，于美國時間2009年12月15日成功試飛，標志著波音787飛機的制造項目進入交付使用前最后一個階段，預計2010年交付使用。2011年9月27日零時20分，波音787“夢想飛機”交付全日本航空運輸公司（All Nippon Airways Co.，簡稱“全日空”），預計2012年中旬中國將迎來自己的波音787。 123456

圖1：A380

    空中客車A380（Airbus A380）是歐洲空中客車公司（Airbus S.A.S.）研制生產(chǎn)的四發(fā)550座級超大型遠程寬體客機，空中客車A380投產(chǎn)時也是全球載客量最大的客機，空中客車A380有“空中巨無霸”之稱。 2010年8月1日，中國首條空中客車A380定期航線正式啟用。2011年10月17日，空中客車A380飛機將正式執(zhí)行第一個載客飛行任務，首飛北京 ——廣州——北京航線。 123456

    空中客車A380是空中客車公司應對波音公司747所推出的新型超級民用大航程飛機，空中客車公司開發(fā)500-800座級大型民航運輸機，意在搶奪由波音747 把持的大型客機市場，空中客車公司提出了對未來民用航空發(fā)展的推斷：未來世界民航運輸機發(fā)展將繼續(xù)向大型化發(fā)展，并以此提出了“樞紐/輻射”的理念，即旅 客通過支線航班匯聚到樞紐機場，再由大型運輸機運送到另一樞紐機場，最后再乘坐支線客機到達目的地?？罩锌蛙嚬菊J為，改善21世紀空中交通擁擠的最好辦 法是增加運力。

    波音787是同時期波音公司推出的一款中長航程的，最新技術(shù)，最經(jīng)濟性，最舒適性的民用客機，200座至300座，6500至16000公里航程，大量的復合材料，更低油耗更先進的抑制噪聲設計技術(shù)，更低的客艙高度，空氣系統(tǒng)，更高的可靠性，較低的維修成本，可實現(xiàn)點對點的更多城市的不經(jīng)停直飛，打破了一般大型客機與長航程掛鉤的定律，使得航空公司在航線使用上有更加的靈活性，和更優(yōu)經(jīng)濟性效益。 內(nèi)容來自123456
 

 所以綜合以上：這兩款飛機不能相互做比較，但是在技術(shù)上有他們各自的優(yōu)點和共同之處。
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圖2：A380發(fā)動機

    參數(shù)方面： 本文來自123

    A380 內(nèi)容來自123456

    尺寸： 123456

    長度73米、翼展79.8米、高度24.1米

　　機翼面積845㎡ 123,123

　　機艙寬度（中層）6.58m（21ft 7in）、（上層）5.92m（19ft 5in）

    重量：

　　空機重量280,000公斤617,300磅

　　最大起飛重量560,000公斤1,235,000磅 123,123

　　客運： 123456

　　載客525人（3級客艙布局）、644人（2級客艙布局）、853人（1級客艙布局）

　　最大酬載90,800 kg 123456

　　動力：

　　發(fā)動機4臺渦輪風扇噴氣式發(fā)動機羅爾斯-羅伊斯公司Trent900或發(fā)動機聯(lián)盟GP7200

　　推力1,208 千牛頓271,560 磅力 123456

　　最大燃油容量310,000 L（81,890US gal）

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　　性能： 本文來自123

　　巡航速度0.85馬赫（約902公里/小時）約551英里/小時 本文來自123

　　最高巡航速度0.89馬赫（約945公里/小時）約587英里/小時

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　　飛行距離15,100公里9,383英里

　飛行高度13,100米43,000英尺 123,123

　　空載降落滑行距離2000米

　　機型787-3、787-8、787-9

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　　機組駕駛員人數(shù)2人

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　　座位數(shù)290-330、210-250、250 -290長度55.5-61.6米

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　　翼展50.3-58.8米 本文來自123

　　后掠翼32.2° 本文來自123

　　高度16.92m 123456

　　機身高5.91m copyright 123456

　　機身寬5.75m

　　座艙寬5.49m 123,123

　　載貨容量124.6立方米-152.9立方米

　　空重101,151kg、109,769kg、115,213kg

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　　最大起飛重量165,108kg、219,539kg、244,940kg

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　　巡航速度0.85馬赫（903 km/h,561英里（mph），487節(jié)（knots））
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圖3：波音

787駕駛艙 123,123

　　波音

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787

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    最大速度0.95馬赫（1010 km/h，631 英哩，553節(jié)） 123456

　　滿載航距4,650-5，650km、14,200-15,200km、14,800-15,750km

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　　最大燃油容量126,918 L-138,898 L 內(nèi)容來自123456

　　發(fā)動機（×2）通用電氣GEnx或勞斯萊斯（Rolls-Royce）Trent1000

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　　最大推力235.8kN、284.7kN、311.4kN 本文來自123

    首先：空中客車A380比波音787長約12米，寬約20米，所以可以說波音787 較為修長，但是空中客車A380采用上、（客艙）中（客艙）、下（貨倉），三艙設計，所以載客更多，由于這么多的載客量，所以機身龐大，但是機翼又不能太 大，所以將翼展和機身長度限制在80*80的范圍內(nèi)，所以如此設計就需要強大動力，選配了四臺羅羅公司的TRENT900或者Engine Alliance GP7200 ，而波音787選裝兩臺TRENT1000，涵道比達到10，更低的噪音設計，更加經(jīng)濟環(huán)保。兩者都大量采用復合材料波音787多采用碳纖維，而空中客車A380采用了新型的GLARE玻璃纖維增強鋁材料這使得機體更加的輕，更加堅固。各自的操作沿襲各自的風格，空中客車A380的電傳操縱和較高的可維護性，波音787的機械操縱和較高可靠性。使得飛行員同系列學習轉(zhuǎn)型比較容易。

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 兩者都強調(diào)大空間，舒適性，和強大的娛樂系統(tǒng)，波音787的復合材料使得它能將客艙高度從傳統(tǒng)的8000降到6000，為旅客帶來更舒適的乘坐環(huán)境。 copyright 123456

　現(xiàn)代先進的民航客機越來越多的采用復合材料，這是一個發(fā)展趨勢，先看看波音787的復合材料的相關(guān)描述。

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　　波音公司在波音787上使用了“音速巡航者”所提出的技術(shù)以及機體設計，并決定在7E7的主體結(jié)構(gòu)（包括機翼和機身）上大量采用先進的復合材料。波音787擁有多項技術(shù)創(chuàng)新，其中最引人注目的是波音787 機體結(jié)構(gòu)的一半左右都用更輕、更堅固的碳纖維合成材料代替鋁合金，是第一款以碳纖維合成物為主體材料的民用噴氣式客機。一方面是因為金屬能夠隱藏損傷問 題，這種損傷很難發(fā)現(xiàn)，直到碎裂時才會被發(fā)現(xiàn)，而合成材料就不存在這種問題；另一方面，用合成材料制造的機身比較輕，這使得波音787將比現(xiàn)在的飛機節(jié)省燃油，而且也可以節(jié)省在維護方面的花費。這種合成材料類似于一級方程式賽車中所使用的碳纖維合成材料。 123456

　　1985年，空中客車公司率先將這種合成材料用于飛機制造，制造空中客車A310客機的尾翼，隨后空中客車公司還將這種合成材料用于制造空中客車A350客機的機翼。波音787將這種技術(shù)全面運用到波音787飛機上，機身、機翼等主要的部件，都采用這一新技術(shù)，重量比例將超過50%，此前這個比例只有20%。復合材料也大量應用在發(fā)動機的葉片、發(fā)動機罩等部份。波音787也因這種新技術(shù)的廣泛應用而被稱作“夢想”飛機（ 使用物料（按重量）：61%復合物料（碳纎維），20%鋁，11%鈦，8%鋼）。 123,123

 

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　　空中客車A380與之前的飛機相比，空中客車A380在更大范圍內(nèi)采用了復合材料，引入了許多新的系統(tǒng)和工業(yè)工藝技術(shù)。改進了氣動性能、飛行系統(tǒng)和航空電子設備，使之為二十一世紀的第一個10年樹立了標準。
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圖4：A380客艙 123456

    空中客車A380 123,123

在使用復合材料方 面，空中客車A380在研制中使用了創(chuàng)新的GLARE（玻璃纖維增強鋁材料）材料，與傳統(tǒng)鋁材料相比，重量輕、強度高、抗疲勞特性好，維修性能和使用壽命 也得到大大改善，不需要特別的加工工藝。飛機約25%由高級減重材料制造，其中22%為碳纖維混合型增強塑料 （CFRP），3%為首次用于民用飛機的GLARE纖維-金屬板。空中客車A380首次采用了復合材料碳纖維制成的連接機翼與機身的中央翼盒。此外，空中客車A380還首次在后壓力艙后部的后機身采用了復合材料。 123456

　　除復合材料外，空中客車A380還大量采用了先進金屬材料，這些材料提供的好處包括操控可靠和易于維護。每一種材料都將根據(jù)不同部件預計將承受負荷、壓力和損壞程度而優(yōu)化使用。 本文來自123

　　空中客車A380項目采用了在空中客車A318客機上首次應用的激光束焊接技術(shù)，這一技術(shù)替代了鉚釘焊接法。

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　　空中客車A380采用了每平方英寸5000磅壓力的液壓系統(tǒng)，與一般民用飛機采用的每平方英寸3000磅壓力的液壓系統(tǒng)相比，前者可提供更大的動力。壓力的增加意味著可使用較小的管道和液壓部件傳輸動力，減輕了重量。 copyright 123456

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　　由此可見，大量采用復合材料是未來民用飛機的發(fā)展趨勢，不僅可以使飛機運載更多的燃油，旅客，貨物，更能增加機身強度，使得飛機更加堅固。
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圖5：波音

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787下線

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　　發(fā)動機方面：

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　　空中客車A380可以選配羅爾斯-羅伊斯公司Trent 900或由通用電氣公司與普拉特？惠特尼公司聯(lián)營Engine Alliance的GP7200，兩款均為應用在波音777客機上發(fā)動機的衍生產(chǎn)品，Trent 900是Trent系列發(fā)動機的第四代產(chǎn)品，為滿足空中客車A380需求而設計的發(fā)動機。GP7200使用了GE90的內(nèi)核及PW4090的渦輪扇及低壓壓縮機。 123,123

　　在銷售方面，起初Trent 900銷量占上風，及后GP7200銷量上升，接近Trent 900的銷量。

據(jù)悉，阿聯(lián)酋航空空中客車A380將會采用最新的Engine Alliance GP7200型引擎，相比同類飛機每年也可節(jié)省50萬公升燃油。

　　空中客車A380在地面使用時可只使用兩臺發(fā)動機進行滑行，并只使用兩臺反推和一套低噪音的輔助動力裝置，有助于降低噪音。 本文來自123

　　在起飛階段，空中客車A380的4臺Trent 900發(fā)動機116英寸的風扇能以每分鐘近3,000轉(zhuǎn)的速度運轉(zhuǎn)，葉片末端的運行速度達1,000英里/小時（1,600 公里/小時），是音速的1.3倍。

　　波音787的TRENT1000 ——干擾阻力最小的發(fā)動機 內(nèi)容來自123456

　　波音的發(fā)動機合作伙伴-通用電氣與羅爾斯·羅伊斯公司為波音787提供了新一代發(fā)動機技術(shù)。波音的專有技術(shù)與計算機流體力學（CFD）優(yōu)化了發(fā)動機與波音787機身的整合，將干擾阻力降至最小，讓這些技術(shù)進步的效益達到最優(yōu)化。波音787新型發(fā)動機建立在成功的通用電氣GE90與羅爾斯·羅伊斯遄達（Trent）發(fā)動機產(chǎn)品家族的基礎上。這些產(chǎn)品家族歷來以卓越的性能與可靠性著稱。這兩款發(fā)動機都將取得在“開箱”投入使用時進行雙發(fā)延程飛行（ETOPS）認證。

　　波音787先進的發(fā)動機其函道比約為10，而當前發(fā)動機的函道比約為5。成倍增加的函道比，讓波音787發(fā)動機的社區(qū)噪聲更低，油耗顯著減少。更低的排放與油耗，能降低波音787運營商的成本，減少飛機對環(huán)境的影響。短艙上的鋸齒邊大幅降低了后艙的減震艙噪聲。機翼上裝備的波音787發(fā)動機可互換，這樣能盡可能減少構(gòu)型與系統(tǒng)的易變性，實現(xiàn)更輕松、更經(jīng)濟的重新構(gòu)型、升級以及飛機在不同機隊之間過渡時的改裝。這種標準化和簡化的方式增加了收益潛能，降低了運營成本，并賦予波音787折現(xiàn)能力與較高的殘值。 123456

　　發(fā)動機方面還是遵循大涵道比，低油耗，低噪音，更經(jīng)濟的發(fā)動機。 copyright 123456

  客艙和娛樂設施方面： 123,123

　　空中客車A380在典型三艙等（頭等艙——商務艙——經(jīng)濟艙）布局下可承載555名乘客（其中上層機艙199人，下層客艙356人），采用最高 密度座位安排時可承載861名乘客?？罩锌蛙嘇380典型經(jīng)濟艙座位布置為下層“3+4+3”形式，上層為“2+4+2”形式?？紤]到乘客的舒適性，空中 客車A380還使用了更高效的空氣過濾設備。 內(nèi)容來自123456

　　空中客車A380全雙層寬體機艙設計為每一位乘客提供了更加寬敞的空間。機艙內(nèi)的空氣，每三分鐘就可以更換一次。220個舷窗讓機艙內(nèi)享受更多的自然光。 copyright 123456

　　空中客車A380的機艙配備了為客機研發(fā)的最先進的機上娛樂系統(tǒng)，光纖配電網(wǎng)絡使電影、視頻游戲和電視節(jié)目的選擇更加靈活完備。在飛機上乘客還 可以使用便攜式計算機和打電話。有更多的開放空間，比如商務中心。底艙可選擇為設置休息區(qū)、商務區(qū)、酒吧或其它的娛樂區(qū)，按照不同航空公司的需求，還可安 排其它設施，如理發(fā)店、臥鋪、賭場、按摩室或兒童游戲場。寬大的空間可供頭等艙內(nèi)安排私人套間，甚至包括淋浴設施的浴室。 123456

　　客艙設計

　　航空旅行的相關(guān)調(diào)查揭示了對乘客飛行體驗產(chǎn)生負面影響的各種癥狀與抱怨。調(diào)查結(jié)果直接影響了波音787系統(tǒng)的設計，使波音787的設計能營造更宜人的客艙環(huán)境，如更平穩(wěn)的飛行、更低的座艙高度、更清新的空氣以及更安靜的客艙。提升整體的乘客飛行體驗。 copyright 123456

　　●空氣更清新

　　與當前的民用飛機相比，除了裝備當前飛機使用的、用于消除細菌、病毒與真菌的高效空氣粒子（HEPA）過濾器之外，波音787系統(tǒng)中還額外引入了一種新型氣體過濾系統(tǒng)，用以去除異味、刺激物與氣態(tài)污染物。這樣能減少乘客頭疼、頭昏，以及因干燥引起的咽喉刺激與眼部刺激，波音787客艙的空氣將更清新。 本文來自123

　　●更低的座艙壓力高度

　　波音787的客艙最高壓力高度為6,000呎，而不是其它飛機的8,000呎。高壓氧艙試驗表明，置身于壓力高度為6,000呎的波音787客艙還能讓乘客的血液多吸收8%的氧氣，從而減少頭疼與頭昏，疲勞感減輕。鋁制飛機因材料疲勞或重量原因而無法實現(xiàn)6,000呎的壓力高度。波音787復合材料機身不會疲勞，因此，既能應對更低高度的座艙壓力，又不對重量產(chǎn)生影響。

　●更高的客艙空氣濕度 123,123

　　波音787的客艙更高的客艙空氣濕度，以提升乘客舒適度。波音787客艙可比金屬機身飛機中的空氣濕度更高，且與載客率的大小無關(guān)。波音787的復合材料機身不會隨著濕度的增加更易腐蝕。 123,123

　　●燈光設計 123456

　　波音787 客艙內(nèi)以發(fā)光二極管（LED）提供照明，取代傳統(tǒng)使用的熒光管。營造出頭頂即是天空的感覺，天空特色的艙頂一直貫穿整個客艙，機組還可以在飛行中控制天空 特色艙頂?shù)牧炼群皖伾Ｐ枰獣r，乘務員可以為乘客提供白天的感覺，而當乘客需要休息時，艙頂則可模擬夜色。機艙以重復的大弧度拱形結(jié)構(gòu)、動態(tài)照明以及飛行 中可以由乘客調(diào)整透明度的電子遮光簾為特色，并利用可以變幻色彩及明亮度的LED數(shù)組營造出仿真“天空”的天花板效果。 123456

　　●舷窗設計 本文來自123

　　波音787的舷窗設計增大一倍，窗的位置亦更高，所以無論坐在飛機的什么位置，乘客都能看到地平線。窗中則以“液晶體”調(diào)較機艙的光暗，減少窗外射入的眩光及維持透明。 本文來自123

　　燈光自然節(jié)能，娛樂功能強大，舒適和大空間都是共同的特點，但是波音787獨有的更低的客艙高度技術(shù)和空氣過濾設備還是來自于機身的復合材料設計和現(xiàn)代設計技術(shù)的發(fā)展。

　　駕駛艙設計：

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　　駕駛艙

　　空中客車A380駕駛室 內(nèi)容來自123456

　　空中客車A380的駕駛艙位于機身最前方在兩層客艙中間的高度，采用雙人體制，應用新式的交互式顯示屏和由以太網(wǎng)連接的擴展性集成航空電子模 塊?？罩锌蛙嘇380雖然采用了新設計，但同時保持了運營通用性的優(yōu)點?？罩锌蛙嘇380具備與空中客車公司其它電傳操縱系統(tǒng)飛機相同的駕駛艙布局、程序 和操作特性，從而減少了飛行員從一種空中客車飛機轉(zhuǎn)換到另一種空中客車飛機所需的培訓時間。

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　　駕駛艙有8個液晶顯示器。包括2個主要飛航顯示器（Primary Flight Displays，PFD）、2個導航顯示器（Navigation Displays，ND）、1個發(fā)動機參數(shù)顯示器（Engine Parameter Display）、1個系統(tǒng)顯示器（System Display）和2個多功能顯示器（Multi-Function Display，MFD），這2個多功能顯示器為飛航管理系統(tǒng)（Flight Management System，F(xiàn)MS）提供操作界面。

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　波音787駕駛艙還與以波音777為代表的其它波音機型保持了通用性。波音787駕駛艙裝備的是熟悉的波音操縱系統(tǒng)、顯示器與程序。這一切，能在較短的時間內(nèi)讓機組從波音飛機家族其他機型改裝到波音787，并能實現(xiàn)經(jīng)濟的混編機隊飛行。在無需地面助航設備的情況下，波音787能夠通過點到點的方式著陸到跑道的任何一端。波音787還擁有許多其它先進的功能，如綜合通信、綜合數(shù)據(jù)鏈、雙重監(jiān)視與保護系統(tǒng)及電氣跳開關(guān)等等。

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　　波音787駕駛艙中集成了開放式構(gòu)架設計，升級通過軟件進行，而不需要進行更為昂貴的硬件更換或升級。通過“軟鍵”菜單，能融合未來的管制要求與通信、導航、系統(tǒng)與空中交通管理等領(lǐng)域的變更與技術(shù)升級。

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　　波音787駕駛艙僅裝備13個航線可更換組件（LRU），零部件及其成本僅相當于波音777和波音747 的一半。更少的零部件與更完善的設計，能降低運營成本，提高可靠性。五個多功能顯示器實現(xiàn)了許多標準功能，如進行地面滑行的高清晰度的機場滑行道地圖，以 及增強型垂直狀況顯示，提供進近區(qū)地形剖面圖。每個顯示器都能提供雙窗口（分屏顯示），或配置為提供大型策略地圖。

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　　波音787駕駛艙裝配了一整套導航與通信無線電設備及航空電子設備。無需額外的選裝件和費用，也不必另行認證，波音787標準化飛機在交付時即可“投入運營”。雙平視顯示器（HUD）、非常大型的多功能平板顯示器、雙電子飛行包以及一個電子檢查表，都是標準配置。 copyright 123456

　　■雙平視顯示器（HUD）：作為基本配置的雙平視顯示器，能讓機長與副駕駛在更多地了解“駕駛艙外的情況”下飛行。無論能見度好壞，雙平面顯示 器都能增強所有飛機階段的安全性，還能降低最低起飛能見度標準。雙平視顯示器能讓副駕駛在成長為機長的過程中熟練掌握平視顯示器的使用。 本文來自123

　　■雙電子飛行包（EFB）：波音787 的雙電子飛行包可通過觸摸屏、邊框按鍵、光標控制或鍵盤操作。其它航空電子設備、飛行管理計算機、通信設備與駕駛艙打印機，均有接口與電子飛行包相連。通 過提供標準化的軟件套件，電子飛行包減少了大量的駕駛艙紙質(zhì)文件。該軟件套件包含各種機載維修功能、一個性能工具、電子日志及文件瀏覽器。電子飛行包還為 各種選裝系統(tǒng)進行預留，如終端圖、飛機視頻監(jiān)視，并能適應未來的改進
 

　駕駛艙的設計還是沿襲各自的風格，盡量降低飛行人員轉(zhuǎn)型的難度！

　　總結(jié)：空中客車A380是現(xiàn)今最大的民用客機，波音787是一款波音推出的中長程的適合航空公司的經(jīng)濟性民用客機，兩者都采用現(xiàn)今最先進的復合材料設計，更加經(jīng)濟環(huán)保的發(fā)動機，更加人性化舒適的客艙設計，更有效的飛行空氣動力設計，使得我們未來的旅程更加的安全、舒適、快捷！ 123456

 

作者單位：大新華航空技術(shù)有限公司西北維修基地

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