国产大飞机C919首飞!国产率有多少?
我国首次按照国际标准研制,拥有自主知识产权的中国商飞国产大型客机C919在浦东国际机场进行首次试飞。
百年飞天梦,十年磨一剑
2007年国家对大飞机项目立项,2008年C919名称发布,这架飞机从无到有,承载了亿万国人对中国航空事业的期待。
从设计图纸到2015年底的总装下线,那时飞机探头亮相、人们一睹真容时的激动还历历在目。
在最后一年多的冲刺岁月中,无数人为飞机安全起飞、完美首飞日夜拼搏...
为什么会叫C919?
C919中型客机(COMAC C919),是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机,于2008年开始研制。基本型混合级布局155座,全经济舱布局169座、高密度布局175座,标准航程4075公里,最大航程5555公里。
C是China的首字母,也是商飞英文缩写COMAC的首字母,第一个“9”的寓意是天长地久,“19”代表的是中国首型中型客机最大载客量为190座。
C919中型客机是建设创新型国家的标志性工程,具有完全自主知识产权。针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,研制人员共规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。先进材料首次在国产民机大规模应用,第三代铝锂合金材料、先进复合材料在C919机体结构用量分别达到8.8%和12%。
截止到2015年10月,C919中型客机国内外用户数量为21家,总订单数达到了517架。2015年11月2日,C919中型客机首架机正式下线。其最大载客量190人,航程最大达5555公里。
据预测,中国将在2024年超过美国成为全球最大航空市场,如果一切按计划进行,首架量产的C919在2019年顺利下线,该飞机将在国内拥有庞大客户基础。
图解C919 国产大飞机
供应商起底
70家企业成为C919的供应商或潜在供应商,其中包括中航工业、宝钢等国字头的央企,有专注于装备制造的民企,还有美国通用电气公司(GE)、霍尼韦尔(Honeywell)等国际巨头的身影。其中,C919的主体部分多为中国造,而发动机和航电系统则融入了外资技术。
发动机是哪家提供的?
航空发动机作为“航空之花”,可以说是航空技术和工业积累的完整体验。C919的发动机为LEAP-X1C发动机。
LEAP-X1C型发动机是由国际公司美国通用电气与法国SNECMA各以50%资金比例合资建立的大型客机发动机生产商CFM国际公司研制的大型喷气客机发动机。它采用了18片赛峰公司研制的碳纤维复合材料风扇叶片以及美国通用电气公司研制的陶瓷基复合材料涡轮部件。
它采用了许多行业内领先的创新性技术,包括超高压比核心机、采用三维编织树脂模传递成型技术制造的复合材料风扇叶片、复合材料风扇机匣、第三代三维气动设计压气机和涡轮叶片设计技术、第二代双环预混旋流器(TAPS II)燃烧室技术、可变面积外涵喷管和先进材料等。发动机和短舱将作为一体化推进系统来设计,拥有先进的进气道、声学处理和电动反推力装置,可以充分发挥其气动性能、重量和声学优势。
这款先进的新型涡扇发动机较CFM之前生产的波音737的发动机有了许多先进性提升。LEAP-X1C发动机燃油消耗可减少16%,二氧化碳排放量可减少16%,氮氧化物排放量可减少至不足60%,且更为安静。相比于其他发动机,LEAP-X运营成本可以比其他发动机降低15%,这是一项巨大的优势,这也是最终选定LEAP-X系列发动机作为动力装置的最重要原因。
为啥发动机不是国产的?
有人会问,C919的发动机为啥不用国产的呢?
中国的现代化工业起步比国外晚,技术也比较落后,这让中国的航空发动机水平和中国航空整体水平相比比较低,这个短板影响了整个航空工业的实力。而我国在大飞机的发动机上落后很久,上世纪轰动一时的运10所用发动机就是波音707所用JT3D-7发动机。当时虽然已经开始着手研制我国自己的发动机,但是因为种种原因运10下马,科研资料全部销毁,致使我国发动机事业停滞不前。
小资料
80年代,中国曾经有过自己的运10。但因要与美国麦道公司合资,运10被迫下马,而且应美国方面的要求,拆毁运10及其生产线,并将在研发运10过程中形成的3000多的人技术团队解散,彻底摧毁了中国研发大飞机的能力。
就在中国履行美方要求,并于麦道合资建厂组装MD82/90之后,波音收购麦道,合作戛然而止。从此中国放弃了大型客机的自主研发,选择了“造不如买”的道路,使中国航空工业彻底失去了积累大型客机设计和制造经验的机会。
在研发团队解散后,技术人员各回各家,但因80-90年代军工项目下马和“军队要忍耐”,科研院所陷入困境,只能整天“忙生活”,以603所为例,因工资发放困难,不得不实行半天工作制——半天上班,半天打工养家糊口,甚至还把节约下的能源经费用来发工资。生活上的窘迫直接造成了大量技术人才流失。
同样处于困境中的上飞(上海)则选择了曲线救国之路——因为技术是需要反复实践的,一旦长期不练,技术就荒废了,为防止技术人才流失或荒废,上飞选择将技术人才以劳务输出的模式送到国外公司锻炼——90年代,上海飞机制造厂执行副厂长王文斌以税后年薪18万赴美,后因国家召唤回国,遂以6万年薪为国效力。但像王文斌这样的在祖国召唤后回国的人仅仅是一部分,很多技术骨干一去不复返了。
另外,上汽集团曾有意将上海飞机设计研究所整编制接收,成为上海汽车集团公司的汽车研发中心,甚至希望通过整编把民航所管辖的龙华机场建设成为上海的汽车城。虽然最终被叫停,但还是有一部人才从上飞流失到上汽。
持续失血的状况直至2000年以后才有所改观,特别是2008年C919项目和运20相继立项,国家对大飞机开始重视之后,中国的大飞机产业终于迎来了阔别20余年的春天。
但在20余年的时间里,航空技术日新月异,而中国已然缺课太多,相比因有解放军订单的沈飞、洪都、成飞和西飞,上飞在人才储备和技术储备方面非常薄弱,从C919的研发和生产中就可以看出来,商飞(原来的上飞)只从事飞机中机身的制造以及最后的总装工作,其他部分全部由中航工业和国外合作单位包办。
航空发动机的研制都有哪些难题呢?
难点1:四高
简单而言,喷气式飞机发动机就像是一个两端都开口的圆筒,从前端吸入的空气经过压气机、燃烧室等一系列的内部结构,而后变为高温、高速的燃气从后端喷射出去,就产生了向前的反推力。所以,飞机发动机的特点是“高温、高压、高转速、高负荷”。
这四高,简直是个大难题。一般喷气发动机内部某些部位的温度在1600℃左右,而发动机风扇后的压气机进口空气和出口空气的压强都要比大气压强要高得多。
与发动机相比,大飞机用的大涵道与发动机和战斗机的小涵道又有不同,所谓涵道比就是发动机外涵道与内涵道之比,抛开种种晦涩的技术细节不谈,普通人能够直观明白的是,大涵道比发动机比小涵道比发动机的油耗小、推进效率好、经济性能高,不过制造要求也更高,稳定性更强,比如前者的风扇叶片起码有一米多,而后者则只需0.3—0.4米左右。
拿一款非常高端的发动机来说,罗尔斯•罗伊斯公司为A380生产的发动机内部的最高温度达到了太阳表面的一半,发动机内部的压力达到了50个大气压,涡轮叶片叶尖的运动速度达到2000公里/小时,而它的叶片有3米多长。这四高两低简直是制造民用大飞机发动机的紧箍咒。
难点2:经济性与舒适度
除了四高难题以外,民用客机的发动机还必须考虑经济性能和舒适度,也就是说,油耗要低,噪音也要低。而这些林林总总的问题也正导致了我国飞机发动机发展缓慢。
难点3:发动机的材料和工艺
此外,材料和工艺难题也是不能忽略的,要保持燃油火焰在以每秒100多米高速流动的高压气流中稳定燃烧,这与在狂风中保证手中火炬不灭一样困难;同时要保护燃烧室火焰筒壁不被高温燃气烧蚀,不仅需要耐高温材料和耐热涂层,还要通过燃烧室结构设计,采取冷却手段,降低燃烧室筒壁温度。
目前国外发达国家的发动机主轴承的寿命都在1万小时以上,而我国的基本在900小时以内,差距还很大。而现代高性能航空发动机都采取一些高强度、耐高温材料,包括钛、镍、铝、复合材料以及镍基和钴基超耐热合金。有分析认为,中国现在超耐热合金还不能完全自给,据估计中国每年超耐热合金的生产量约为10000吨,而需求量则为20000吨。更有专家指出,制造发动机风扇的复合材料目前国内做不出来。
C919国产率有多少?
必须承认的是,C919上也有很多设备是现在甚至是较长时间内,国内都无法提供具备竞争力产品的类型。一个典型例子就是机载液压系统。飞机上的各个气动舵面偏转、舱门和起落架的收放等等,无不依赖于液压系统的驱动——这个以极小的体积和重量,就能传递极大的功率的神奇设备。
航空制造业差不多代表了一个国家制造业的顶尖水平,我国在上世纪放弃了运-10计划导致国内航空制造业十年的断档和大量的人才流失,此次首飞标志着我国的大飞机制造业重新崛起。
有人说,我们只是造一个壳子把所有的东西塞进去。但这正是我们所取得最大进步所在,航空制造业与其他制造业的有一个不同之处就在于集成的难度,飞机特别是商用的大飞机,讲究耐用率与经济性,这就带来了对气动布局的近乎苛刻的要求,既要有可靠的结构强度同时又要做到尽可能轻便,而一个气动布局所涉及到超算模型与风洞模拟,又不是一般小国家可以做到的体系化建设。可以说造出一个壳子是一个系统的工程,考验的是一个国家的完整工业体系与庞大的工程师队伍。
C919以高达百分之五十的国产率下架,打破了欧美在大型客机领域的垄断地位,是超出预期的成功。作为一款商业用途的飞机,大量使用国际一流的发动机与航电、飞控技术以增强稳定性,并以此加大通过美欧主导的适航认证的概率,更为之后的国产化积累了经验。
比肩空客波音的挑战
曾就中国的航空业雄心著述的Derek Levine表示,虽然首飞在政治上是一个“巨大的成就”,但除非中国能自主研发航空发动机和航空电子设备,而不是依靠外国供应商,否则中国仍将“落后15年”。
他警告,C919的燃油效率将不如最新一代的竞争对手——波音737 Max和空客A320neo,而且维修保养的成本也更高。
伦敦研究机构Agency Partners的航空航天分析师Sash Tusa表示:“高附加值系统几乎都不是中国的,这就消除了C919在中国制造的成本优势。”
分析师们表示,国有航空公司和租赁公司,包括总部位于上海的中国东方航空,一直被鼓励购买C919。
由于低廉的融资条件及政治压力,非洲和亚洲的一些发展中国家也许会被劝诱接受中国的认证,接受C919飞机。
但是,全面的国际销售将需要得到美国联邦航空局(FAA)和欧洲航空安全局(EASA)的批准。EASA已从去年12月开始与中国民航局合作,以验证后者对C919的认证。但对于批准C919执行欧洲航班,既没有时间表也没有绝对把握。
一名欧洲航空官员表示:“中国商飞寻求欧洲认证是一个重大举措,因为此举意味着他们愿意提高对我们的透明度,了解其流程中的差距。”
不过,他警告说,这“对中国商飞和中国民航局将是个痛苦的过程,因为之前他们从未认证过这么大的飞机”。
新加坡运输业分析师方华婷表示,尽管C919许多部件来自“经受过反复考验的”供应商,但在一种新的机型上整合不同部件是很难的,即便对空客和波音这类更有经验的制造商也是如此。
她说,试飞已经比原计划晚了一年多,进一步的延误可能导致“雪球效应”,不仅会妨碍适航认证和投产,还会令C919采用的技术更加过时。
但是,霍尼韦尔航空航天部(Honeywell Aerospace)亚太区总裁林世伟表示,中国商飞学得很快。该公司供应C919飞机的轮子、刹车和飞行控制系统。林世伟表示:“在效率方面,第一版飞机也许会稍微落后,但中国商飞正在采取一切必要行动,投资于技术。长期而言,它的竞争力会与西方的任何公司一样强。”
霍尼韦尔为中国商飞最近推出的90座支线客机ARJ-21提供了多种部件。该公司预计,在C919的整个生命周期将实现150亿美元营收。该公司还在与中国商飞围绕一款宽体客机洽谈合作;中国商飞正计划与俄罗斯联合航空制造集团联合生产这款宽体客机。
在公开场合,波音和空客淡化了中国商飞即将带来挑战的可能性。但他们在私下里承认,即便C919要在中国以外赢得客户尚需时日,也不能忽视中国的雄心。一位业内高管表示:“他们会走到那一步。”
在中国商飞的庞大厂区,还有一块宣传横幅敦促1万员工帮助国家击败支线客机市场、短途客机市场和长途客机市场的竞争对手。
标语上写着:“牢记使命、奋勇前行、坚决打赢‘三大战役’”。
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