C929國產(chǎn)寬體客機，“單干”有多難

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導(dǎo)語：近日，中國商飛副總經(jīng)理戚學(xué)鋒表示，C929寬體客機已進入詳細設(shè)計階段。C929項目讓中國商飛成為繼美國波音、歐洲空客的第三個寬體客機“大玩家”，C929這個中國的夢想之翼，將如何攪動目前的國際民航工業(yè)格局？

C929遠程雙通道寬體客機

一、C929“寬在哪”

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

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

C919和C929對比

而機身直徑超過五米的飛機均需采用了雙通道設(shè)計，相較窄體客機，寬體客機擁有更大的機身筒體直徑，賦予了其內(nèi)部更多油箱空間，因此寬體客機不但擁有龐大的載客量，且能飛行更遠距離。

C929內(nèi)部布局示意圖

寬體客機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，空客與波音采取錯位競爭策略，以領(lǐng)先的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品壟斷了全球的寬體客機市場。

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

C919\C929與國外機型對比

然而，C929的出現(xiàn)將逐漸動搖這樣的格局。根據(jù)中國商飛透露，C929采用兩臺大涵道比渦扇發(fā)動機，基準航程為12000千米，從上海起飛可達南極洲，標準分布下載客量為280人，經(jīng)濟艙采用主流的“3-3-3”布局，屬于遠程中型寬體客機，從定位上幾乎與波音787“貼身肉搏”，瞄準了“點對點”的遠程直達航班。

在未來，更寬大的C929、C939這樣的寬體飛機有更廣闊的用途。

二、為何與俄羅斯“分道揚鑣”

商飛的寬體機項目初始規(guī)劃中俄合作研發(fā)CR929，C代表中國，R代表俄羅斯。然而近年來，公開的中國商飛寬體客機項目已經(jīng)被更名為C929。決定“單干”我國主要是基于商業(yè)因素和技術(shù)因素綜合作用的結(jié)果，在與俄方對“大飛機”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)客機試飛成功，IL-96已是前蘇聯(lián)/俄羅斯最好的寬體機平臺,定位上與C929類似，尤其是替代了過去的美制發(fā)動機，但IL-96已是近30年前的設(shè)計，機身為普通半硬殼式輕鋁合金圓形截面結(jié)構(gòu),本質(zhì)上仍然是老舊平臺的改進。

我國的市場和技術(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內(nèi)與世界上最省油的客機競爭，需要做到在飛機經(jīng)濟性、可靠性等主要指標不落下風(fēng)；

另一方面，我國仍有必要展開與國際子系統(tǒng)供應(yīng)商的合作，尤其是航發(fā)巨頭美國通用電氣和英國羅爾斯·羅伊斯，除去我國自研的35噸級別發(fā)動機CJ-2000外，這兩個為波音787提供動力的公司同樣有望成為C929的發(fā)動機供應(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)動機

發(fā)動機的數(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)動機領(lǐng)域并無國際合作空間，目前也沒有成熟的35噸級民用發(fā)動機，因此俄羅斯選擇了快速修改四發(fā)平臺，犧牲了對俄羅斯而言無關(guān)緊要的燃油經(jīng)濟性。

經(jīng)過多年為波音和空客的代工，中航及商飛在機身制造能力上更強，我國則需要首先保證客機的技術(shù)先進性，積極展開關(guān)鍵部件的國際合作，這將體現(xiàn)在客機的運營成本上，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

根據(jù)C929項目總師透露，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的10%左右（C919為12%）。作為對比，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)合材料原型機翼

客機最重要的莫過于極端的經(jīng)濟性，更省油的客機也有利于飛行更遠的航程，從而開辟更多的航線，才能給航空公司帶來更高的收益。復(fù)合材料對于寬體客機的重塑，就可以從這兩方面展開。

1）“彎刀”夢想之翼

原計劃俄方研發(fā)機翼，中方研發(fā)機身。

展弦比與飛行器的性能密切關(guān)聯(lián)，大展弦比表明機翼比較長且窄，能夠帶來較小的誘導(dǎo)阻力，適合長時間飛行。

展弦比示意圖

鳥類翅膀能更好地提升飛機的效率，主要體現(xiàn)在持續(xù)增加客機的展弦比。然而航空鋁合金的自重和強度使其無法繼續(xù)承受機翼的加長（最大展弦比約為8），唯有強度更高的復(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翼油箱增加航程，這對制造機翼的材料強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，可視為機翼的一部分。

寬體客機氣動標模CHN-T2總體布局

2）“減重”是飛行器設(shè)計永恒的課題

約70%的減重效果由材料技術(shù)的進步而產(chǎn)生，其余30%則通過設(shè)計優(yōu)化產(chǎn)生，因此飛機材料的輕量化對于結(jié)構(gòu)減重尤為重要。

受升力翹起的機翼也是模仿鳥類的成果

中國商飛在設(shè)計階段就提出了飛機全壽命降低碳排放60%的要求，這其中既包括出色的運營效率，讓飛機更耐用也極其關(guān)鍵。飛機在飛行時需要對客艙不斷地加壓，久而久之造成了材料疲勞。

得益于我國近年來進步迅速的碳纖維產(chǎn)業(yè)，相關(guān)院所在2018年就已經(jīng)突破了飛機全尺寸復(fù)合材料機身壁板工藝（能夠滿足復(fù)合材料混用需求），并有望進一步掌握碳纖維機身一體化成型技術(shù)，獲得超越傳統(tǒng)材料的使用壽命。

四、新入場C929的進階路不好走

在國際客機市場中，C919客機在技術(shù)上只能算是一個初學(xué)者。寬體客機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。

根據(jù)商飛的研究報告，未來二十年，中國市場將接收雙通道噴氣客機1250架，價值3800億美元。基于中國自己的需求及時獨立自主研發(fā)寬體干線客機，將節(jié)省引進客機的外匯消耗，減少對國外的依賴。

通常來說，寬體飛機的價格并非動輒三四億美元的“目錄價格”，而是在“目錄價格”上給出巨大的折扣。經(jīng)過大幅優(yōu)惠后，其利潤率已然不高。然而，在飛機出售后長達數(shù)十年的養(yǎng)護才是獲得超額回報的過程。

短期完全依賴歐美大飛機進口肯定比獨自研發(fā)劃算，但是也必須受限于飛機后期的技術(shù)支持和升級，航空工業(yè)對于國家而言屬于戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。例如在俄羅斯的“大飛機項目”就吃過很多虧，上世紀90年代伊爾96“西方化”在波音的強大壓力下胎死腹中，在后期還要忍受采購波音737征收的高額附加稅。

波音787各零部件的全球供應(yīng)商

過去3年受疫情影響，波音、空客訂單積壓,干線客機全球積壓訂單已經(jīng)超過了1.4萬架：目前訂購一架飛機需要等待至少三年才能“提貨”，給機需要等待至少三年才能“提貨”，給航空公司的決策帶來了困難，而維修備件的供應(yīng)更不確定，一架飛機由數(shù)百萬零件組成，充分考驗著民航工業(yè)的供應(yīng)鏈穩(wěn)定性，任何一個環(huán)節(jié)的紕漏都可能造成交付延誤。

面對中國“大飛機攪局”，波音、空客巨頭的手中還有一張王牌，那就是美歐市場的發(fā)動機環(huán)保評定，即是否符合歐美的噪音、環(huán)保等要求，這使C929客機裝備國產(chǎn)發(fā)動機進入歐美市場的可能性幾乎為零，如果波音、空客向世界三大動力公司施壓，僅僅在機載動力這一個方面，中國的C929寬體大型客機與歐美就有一場艱苦卓絕持久戰(zhàn)要打。

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

參考文獻：

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[4] 中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會.復(fù)合材料是如何讓空客A350成為“規(guī)則制定者”？2023-4

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[6]寬體客機氣動標模CHN-T2設(shè)計，doi:10.7638/kqdlxxb-2023.0026