C929國(guó)產(chǎn)寬體客機(jī)，“單干”有多難

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導(dǎo)語(yǔ)：近日，中國(guó)商飛副總經(jīng)理戚學(xué)鋒表示，C929寬體客機(jī)已進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。C929項(xiàng)目讓中國(guó)商飛成為繼美國(guó)波音、歐洲空客的第三個(gè)寬體客機(jī)“大玩家”，C929這個(gè)中國(guó)的夢(mèng)想之翼，將如何攪動(dòng)目前的國(guó)際民航工業(yè)格局？

C929遠(yuǎn)程雙通道寬體客機(jī)

一、C929“寬在哪”

客機(jī)僅憑客艙的通道實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)“大、小”的定義。C929寬體客機(jī)即雙通道，C919窄體客機(jī)則被稱為單通道。

C919是中國(guó)首款自主研制的中短程窄體客機(jī)，2008年啟動(dòng)研制，2017年首飛，2023年5月完成商業(yè)首航，與波音737、空客A320相似。這類飛機(jī)負(fù)責(zé)3000-4000km航程的短途飛行。

C919和C929對(duì)比

而機(jī)身直徑超過(guò)五米的飛機(jī)均需采用了雙通道設(shè)計(jì)，相較窄體客機(jī)，寬體客機(jī)擁有更大的機(jī)身筒體直徑，賦予了其內(nèi)部更多油箱空間，因此寬體客機(jī)不但擁有龐大的載客量，且能飛行更遠(yuǎn)距離。

C929內(nèi)部布局示意圖

寬體客機(jī)是目前洲際航行的唯一方案，目前正在生產(chǎn)的包括波音787、777、空客A330、A350XWB，空客與波音采取錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)策略，以領(lǐng)先的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品壟斷了全球的寬體客機(jī)市場(chǎng)。

據(jù)國(guó)際民航組織預(yù)測(cè)，至2030年，客機(jī)需求中的90%多為200-350座位。屆時(shí)，全世界寬體飛機(jī)的需求量將近8000架，其主要銷售地是歐洲和亞太地區(qū)。而在亞太地區(qū)，中國(guó)的銷售量將占一半。

C919\C929與國(guó)外機(jī)型對(duì)比

然而，C929的出現(xiàn)將逐漸動(dòng)搖這樣的格局。根據(jù)中國(guó)商飛透露，C929采用兩臺(tái)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，基準(zhǔn)航程為12000千米，從上海起飛可達(dá)南極洲，標(biāo)準(zhǔn)分布下載客量為280人，經(jīng)濟(jì)艙采用主流的“3-3-3”布局，屬于遠(yuǎn)程中型寬體客機(jī)，從定位上幾乎與波音787“貼身肉搏”，瞄準(zhǔn)了“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的遠(yuǎn)程直達(dá)航班。

在未來(lái)，更寬大的C929、C939這樣的寬體飛機(jī)有更廣闊的用途。

二、為何與俄羅斯“分道揚(yáng)鑣”

商飛的寬體機(jī)項(xiàng)目初始規(guī)劃中俄合作研發(fā)CR929，C代表中國(guó)，R代表俄羅斯。然而近年來(lái)，公開(kāi)的中國(guó)商飛寬體客機(jī)項(xiàng)目已經(jīng)被更名為C929。決定“單干”我國(guó)主要是基于商業(yè)因素和技術(shù)因素綜合作用的結(jié)果，在與俄方對(duì)“大飛機(jī)”的定義有所不同。

完成首飛的伊爾-96-400M

11月，俄羅斯伊爾-96-400M四發(fā)客機(jī)試飛成功，IL-96已是前蘇聯(lián)/俄羅斯最好的寬體機(jī)平臺(tái),定位上與C929類似，尤其是替代了過(guò)去的美制發(fā)動(dòng)機(jī)，但I(xiàn)L-96已是近30年前的設(shè)計(jì)，機(jī)身為普通半硬殼式輕鋁合金圓形截面結(jié)構(gòu),本質(zhì)上仍然是老舊平臺(tái)的改進(jìn)。

我國(guó)的市場(chǎng)和技術(shù)需求明顯與俄方有很大差異。一方面C929即使在誕生初期就需要在國(guó)內(nèi)與世界上最省油的客機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，需要做到在飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性等主要指標(biāo)不落下風(fēng)；

另一方面，我國(guó)仍有必要展開(kāi)與國(guó)際子系統(tǒng)供應(yīng)商的合作，尤其是航發(fā)巨頭美國(guó)通用電氣和英國(guó)羅爾斯·羅伊斯，除去我國(guó)自研的35噸級(jí)別發(fā)動(dòng)機(jī)CJ-2000外，這兩個(gè)為波音787提供動(dòng)力的公司同樣有望成為C929的發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商，分別供應(yīng)GE-nx和Trent-900/1000（亦或是研發(fā)中的UltraFans）。

羅爾斯·羅伊斯的Trent系列發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量不同背后體現(xiàn)了諸多因素。由于制裁原因，俄方在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域并無(wú)國(guó)際合作空間，目前也沒(méi)有成熟的35噸級(jí)民用發(fā)動(dòng)機(jī)，因此俄羅斯選擇了快速修改四發(fā)平臺(tái)，犧牲了對(duì)俄羅斯而言無(wú)關(guān)緊要的燃油經(jīng)濟(jì)性。

經(jīng)過(guò)多年為波音和空客的代工，中航及商飛在機(jī)身制造能力上更強(qiáng)，我國(guó)則需要首先保證客機(jī)的技術(shù)先進(jìn)性，積極展開(kāi)關(guān)鍵部件的國(guó)際合作，這將體現(xiàn)在客機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本上，因此將采取最主流、最省油的雙發(fā)方案。

三、復(fù)合材料重塑寬體客機(jī)

根據(jù)C929項(xiàng)目總師透露，C929將采用50%以上的碳纖維復(fù)合材料和15%的鈦合金。顯著超越了主流窄體客機(jī)的10%左右（C919為12%）。作為對(duì)比，波音787和空客A350XWB的用量分別為50%和52%。

俄方研發(fā)的CR929復(fù)合材料原型機(jī)翼

客機(jī)最重要的莫過(guò)于極端的經(jīng)濟(jì)性，更省油的客機(jī)也有利于飛行更遠(yuǎn)的航程，從而開(kāi)辟更多的航線，才能給航空公司帶來(lái)更高的收益。復(fù)合材料對(duì)于寬體客機(jī)的重塑，就可以從這兩方面展開(kāi)。

1）“彎刀”夢(mèng)想之翼

原計(jì)劃俄方研發(fā)機(jī)翼，中方研發(fā)機(jī)身。

展弦比與飛行器的性能密切關(guān)聯(lián)，大展弦比表明機(jī)翼比較長(zhǎng)且窄，能夠帶來(lái)較小的誘導(dǎo)阻力，適合長(zhǎng)時(shí)間飛行。

展弦比示意圖

鳥(niǎo)類翅膀能更好地提升飛機(jī)的效率，主要體現(xiàn)在持續(xù)增加客機(jī)的展弦比。然而航空鋁合金的自重和強(qiáng)度使其無(wú)法繼續(xù)承受機(jī)翼的加長(zhǎng)（最大展弦比約為8），唯有強(qiáng)度更高的復(fù)合材料能夠?qū)⒄瓜冶忍嵘?1，并在其中安置盡可能大的機(jī)翼油箱增加航程，這對(duì)制造機(jī)翼的材料強(qiáng)度和耐久度提出了更高的要求，同樣將在C929上得到體現(xiàn)。而C929應(yīng)用的斜切式翼梢小翼，既能減少渦流又能延伸展弦比，可視為機(jī)翼的一部分。

寬體客機(jī)氣動(dòng)標(biāo)模CHN-T2總體布局

2）“減重”是飛行器設(shè)計(jì)永恒的課題

約70%的減重效果由材料技術(shù)的進(jìn)步而產(chǎn)生，其余30%則通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)生，因此飛機(jī)材料的輕量化對(duì)于結(jié)構(gòu)減重尤為重要。

受升力翹起的機(jī)翼也是模仿鳥(niǎo)類的成果

中國(guó)商飛在設(shè)計(jì)階段就提出了飛機(jī)全壽命降低碳排放60%的要求，這其中既包括出色的運(yùn)營(yíng)效率，讓飛機(jī)更耐用也極其關(guān)鍵。飛機(jī)在飛行時(shí)需要對(duì)客艙不斷地加壓，久而久之造成了材料疲勞。

得益于我國(guó)近年來(lái)進(jìn)步迅速的碳纖維產(chǎn)業(yè)，相關(guān)院所在2018年就已經(jīng)突破了飛機(jī)全尺寸復(fù)合材料機(jī)身壁板工藝（能夠滿足復(fù)合材料混用需求），并有望進(jìn)一步掌握碳纖維機(jī)身一體化成型技術(shù)，獲得超越傳統(tǒng)材料的使用壽命。

四、新入場(chǎng)C929的進(jìn)階路不好走

在國(guó)際客機(jī)市場(chǎng)中，C919客機(jī)在技術(shù)上只能算是一個(gè)初學(xué)者。寬體客機(jī)堪稱人類批量制造的最大工業(yè)品，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈極為深遠(yuǎn)。

根據(jù)商飛的研究報(bào)告，未來(lái)二十年，中國(guó)市場(chǎng)將接收雙通道噴氣客機(jī)1250架，價(jià)值3800億美元。基于中國(guó)自己的需求及時(shí)獨(dú)立自主研發(fā)寬體干線客機(jī)，將節(jié)省引進(jìn)客機(jī)的外匯消耗，減少對(duì)國(guó)外的依賴。

通常來(lái)說(shuō)，寬體飛機(jī)的價(jià)格并非動(dòng)輒三四億美元的“目錄價(jià)格”，而是在“目錄價(jià)格”上給出巨大的折扣。經(jīng)過(guò)大幅優(yōu)惠后，其利潤(rùn)率已然不高。然而，在飛機(jī)出售后長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的養(yǎng)護(hù)才是獲得超額回報(bào)的過(guò)程。

短期完全依賴歐美大飛機(jī)進(jìn)口肯定比獨(dú)自研發(fā)劃算，但是也必須受限于飛機(jī)后期的技術(shù)支持和升級(jí)，航空工業(yè)對(duì)于國(guó)家而言屬于戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。例如在俄羅斯的“大飛機(jī)項(xiàng)目”就吃過(guò)很多虧，上世紀(jì)90年代伊爾96“西方化”在波音的強(qiáng)大壓力下胎死腹中，在后期還要忍受采購(gòu)波音737征收的高額附加稅。

波音787各零部件的全球供應(yīng)商

過(guò)去3年受疫情影響，波音、空客訂單積壓,干線客機(jī)全球積壓訂單已經(jīng)超過(guò)了1.4萬(wàn)架：目前訂購(gòu)一架飛機(jī)需要等待至少三年才能“提貨”，給機(jī)需要等待至少三年才能“提貨”，給航空公司的決策帶來(lái)了困難，而維修備件的供應(yīng)更不確定，一架飛機(jī)由數(shù)百萬(wàn)零件組成，充分考驗(yàn)著民航工業(yè)的供應(yīng)鏈穩(wěn)定性，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的紕漏都可能造成交付延誤。

面對(duì)中國(guó)“大飛機(jī)攪局”，波音、空客巨頭的手中還有一張王牌，那就是美歐市場(chǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保評(píng)定，即是否符合歐美的噪音、環(huán)保等要求，這使C929客機(jī)裝備國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入歐美市場(chǎng)的可能性幾乎為零，如果波音、空客向世界三大動(dòng)力公司施壓，僅僅在機(jī)載動(dòng)力這一個(gè)方面，中國(guó)的C929寬體大型客機(jī)與歐美就有一場(chǎng)艱苦卓絕持久戰(zhàn)要打。

結(jié)語(yǔ)：寬體客機(jī)相當(dāng)程度上代表了航空的最高技術(shù)水準(zhǔn)，在經(jīng)歷了從運(yùn)-10到ARJ21，從C919到C929的不斷探索和突破，展現(xiàn)了中國(guó)航空工業(yè)的雄心和實(shí)力。

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[6]寬體客機(jī)氣動(dòng)標(biāo)模CHN-T2設(shè)計(jì)，doi:10.7638/kqdlxxb-2023.0026