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《中学生数理化》封面约稿(1):腾飞的国产大客飞机 精选

已有 3308 次阅读 2023-4-19 09:51 |系统分类:科普集锦

有幸接到《中学生数理化》杂志编辑约稿,为该刊物撰写“封面”系列科普文章;这里是第一篇。

腾飞的国产大客飞机

同济大学 沈海军

2022年8月,我国国产大型客机 C919完成取证试飞。同年12月,首架C919客机正式交付东方航空公司,此后便紧锣密鼓地开启了运营前的航线空载验证试飞工作。目前C919的空载航线试飞正接近尾声,即将载客投入商业运营。换句话说,国产大飞机正离我们老百姓渐行渐近,大家很快将会乘坐上自己国产的大飞机了。

一、为何要研制国产大飞机

大型民用飞机最早问世时间是上个世纪50年代后期,到今天已有60多年的历史。在60多年的发展历程中,大型民用飞机领域已从英、法、美、苏多强竞争,发展为欧洲空客和美国波音两巨头全球垄断的局面。

近年来,随着增材制造、新型复合材料与一体化制造、新一代钛合金与铝合金、绿色能源与氢/电等新能源等技术的不断进步,大飞机的核心技术不断迭代升级,民航客机向着更安全、更经济、更舒适、更环保的方向不断发展。目前,关于民用大飞机的诸多核心技术牢牢地掌握在欧美等国家的手中,他们处于产业链的上游,已经把中国抛在了身后。

从首飞时间来看,国产大客飞机C919要比竞争对手A320飞机和B737飞机晚30-50年。但在我国政府的大力支持下,中国航空工业奋起直追,已在诸多关键技术领域取得了重大突破。借助后发优势,中国航空科技工作者艰苦奋斗,上下一心,历经十余载,终于打造出可以与空客和波音主流机型相媲美的C919大客飞机。

C919的出现,是中国民航工业的一件大事,是中国民航工业发展中一块丰硕的里程碑,它给中国乃至世界民航市场提供了一款物美价廉的全新机型,将彻底打破欧洲空客和美国波音的全球垄断,具有非凡的意义。

二、C919客机有何优势?

和同类的空客、波音飞机相比较,C919客舱更加宽敞,加上先进的环控、照明设计,更大的观察窗,可提供旅客更好的舒适性;C919采用电液动作系统使其在动力资源上具备更大的灵活性,增加了冗余性,提高了安全性能;借鉴波音737和空客320飞机,通过风洞吹风试验以及计算流体力学仿真等手段,对机身、机翼、尾翼等部件外形进行了优化设计,减少了飞机飞行中的气动阻力和油耗,进而增加了飞机的经济性;相比于A320和B737的6块玻璃,C919挡风玻璃只有4块。这种一体化成型加工出来的挡风玻璃,减少了窗框的数量,使得飞机的机头外形更加流畅,气动阻力更小,同时飞行员的视野也变得更加开阔。

大型民用飞机本身就是暴利行业,中国C919大客飞机的出现,给民航市场提供了一款物美价廉的全新机型,将动摇空客和波音的垄断,同他们展开市场竞争,挤压后者的利润空间。

根据东方航空公司披露的价目表,C919的单价是0.99亿美元,略低于同类的空客、波音飞机。值得注意的是,早在几年前,曾有专家估计,“C919的单价约为6000万美元一架,约为同类空客飞机报价的一多半”。因此,以目前的售价,C919每架飞机的利润有多少,一目了然。

可以预见,国产C919客机将凭借出色的性能、高的性价比,杀出重围,最终在民航市场上创出一番天地。

三、C919国产率是多少?

和美国波音,欧洲空客公司一样,C919的生产也采用了国际通用的“主制造商+技术供应商”模式。目前波音、空客的做法实际上也是“把买来的部件组装并让它飞起来。”存在大量零部件外包,其主流飞机上不乏中国、日本、韩国等其他国家代加工的部件。这种“主制造商+技术供应商”模式采用分工协助的方式,充分地将国内外的产业链条调动起来,提高了生产效率,压缩了生产周期,降低了生产成本。

关于C919飞机的国产化率,官方的数据是超过60%。“60%”这一数据是怎样来的呢?要知道这一数据是怎样计算得到的,必须要先知道飞机部件的组成。

总体来看,C919的部件主要由三大块组成。其中的第一块为飞机的结构,也就是老百姓常说的飞机骨架和外壳;这部分大约占到整架飞机总价值的40%,其制造由我国西安飞机公司、成都飞机公司、南昌航空公司等承担,属于纯国产。第二块是飞机的各种机载配套系统,具体包括飞控系统、航电系统、燃油系统、雷达系统、人机环境控制系统、操作与自动驾驶系统、起落架系统等,该部分大约占到整架飞机总价值的40%左右,这些系统的大多数供应商为中外合资公司,可以算作是“半国产”。第三块是飞机的发动机(包括发动机短舱),目前C919飞机的配套发动机为Leap-1c,由美国和法国的合资公司CFM公司生产;一对发动机在整架飞机总价值中占比约为20%。飞机结构的40%,加上配套系统40%的一半,就是60%。

值得注意的是,目前,我国正加快C919的国产化替代工作,国产发动机及国产民机配套系统相关的技术在不断被突破。可以预见, C919的国产化率持续走高,将会在未来一段时期内成为一种趋势。

四、C919的带动效应

C919飞机的研制,不只是研制一架飞机、研制一个型号那么简单,而是标志着中国航空产业和大飞机事业的起飞。作为C919飞机的生产商,中国商用飞机公司(简称“中国商飞”)在C919项目启动之初,就建立了较为完善的“主制造商—供应商”模式,最大限度聚集国内外资源打造中国民机品牌,并带动形成了以中国商飞为主体、市场为导向、产学研结合的民机研发体系。国内方面,已经形成了由22个省市、200多家企业、近20万人参与的民用飞机产业链。在C919的研制过程中,有近40家高校的数百位师生参加,承担了大客飞机中诸多攻关课题,解决了诸如3D增材制造、轻量化发动机风扇叶片等一系列技术难题。

C919飞机对我国经济结构调整、转型升级、自主创新能力提升具有重要意义,推动了我国高端制造业的整体发展。通过C919的研发,中国商飞不但探索出一条自主创新的航空产业发展新路径,还以此为契机,全力打造出了一个日渐成熟的航空产业发展集群,为未来我国航空产业迈入国际先进水平奠定了坚实的基础。

五、C919能飞出国门吗?

民用客机要投入商业运营,必须要得到民航当局的认可,即获得民航主管部门的适航审定,也就是获得老百姓经常说的所谓“适航证”。实际上,适航证只是一种通俗的说法。对于民航飞机来讲,适航证具体包括飞机型号合格证(TC)、飞机生产许可证(PC),以及单机适航证。其中,飞机型号合格证(TC)的取得最为关键,也最为艰难。

世界上绝大多数国家都有自己国家的民航主管部门,中国的民航主管部门为中国民航管理局(CAAC)。任何民用飞机要在中国境内进行商业运营,就必须通过CAAC的认可,即获得CAAC颁发的适航证。

在当今的国际民航市场上,美国航空联邦管理局(FAA)和欧洲航空安全局(EASA)是两大公认的国际权威适航认定部门。如果某款民航飞机通过了这两大机构中任一机构的适航认定,拿到了它们颁发的适航证,也就相当于拿到了进入国际民航市场的入场券,其他国家的民航管理局(包括CAAC)一般都会默许上述的适航认定结果。

目前,我国的国产大飞机C919已经获得了CAAC颁发的适航证,这为该飞机在国内民航市场的商业运营铺平了道路。尽管如此,因种种原因,C919现在并没有得到美国FAA或欧洲EASA的适航证,这给未来C919进入国际民航市场带来了很大的不确定性。

讲到这里,有人一定会问,C919客机没有通过美国FAA或欧洲EASA的国际适航认证,就一定跨不出过门了吗?答案显然是否定的。从公布的资料来看,我国目前与俄罗斯、加拿大、澳大利亚、新西兰、巴西等27个国家,都签署了双边适航行协议,这也意味着,C919是可以在这些国家商业飞行的,并不需要被欧美适航证束缚住,只是暂时无法飞更多的国家罢了。

目前,国产大飞机C919已得到了千余架的订单,这些订单的最终用户主要来自国内的民航市场。要在短时间内密集交付国内用户如此庞大数量的飞机,实际上C919的产能已经有些“力不从心”了。因此,国产大飞机C919当下的当务之急并不是急于“飞出国门”,而是先立足国内民航市场,稳扎稳打,把飞机的品牌、口碑打出去。至于国际民航市场,可徐而图之。



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