C919背后的九大疑问

C919之前的几十年,我国航空工业在“大飞机”上有哪些尝试?

最广为熟知的就是运-10了,这是我国独立自主研制的第一种大型客机。诚然,1970年研制的运-10在整体设计上完全由国内的技术力量完成,除发动机以外主要部件都是国内自主研制,国产化程度远远超过了ARJ-21和C-919客机,以及当时在苏联安-12和图-16基础上仿制的运-8和轰-6。但运-10身上这种看似成功的彻底国产化,背后的代价就是对现代大型客机性能指标的背离,特别是在可靠安全性和商业经济性上的背离,也最终使运-10全无民航营运化的可能。对于运-10的讨论,在笔者《孤雁难飞 技术问题和资金困难下的运-10之殇》中已有详实的观点阐述。

运-10所呈现的残酷事实是:当时我国航空工业限于自身设计和制造能力尚无法提供满足民航要求的大型客机。在改革开放时代背景下为大飞机的发展提供的道路是:引进国外成熟技术或与国外厂商合作研制,在生产中掌握大型客机的结构特点和生产工艺,为以后的自主研制打下基础。这便有了1987年的《征求合作研制干线飞机建议书》,在与波音、空客、麦道的合作研制生产招标中,最后选择了“中外联合研制”的麦道公司MD-90。虽然这次通过引进生产解决了国内技术水平不足的问题,项目前景一片光明,但转眼麦道公司就被波音公司收购、MD-90客机项目下马。受此影响,这次“以市场换技术”的尝试在损失了数亿美元后失败了。

在MPC-75项目上,我国第一次系统的学习了西方民航客机的设计要求,我国的很多飞机设计师都曾参与其中,包括C919总设计师吴光辉。后来西飞在NRJ项目失败后,将MPC-75项目上的知识和经验运用到运-7上,造就了新舟60系列支线客机
在MPC-75项目上,我国第一次系统的学习了西方民航客机的设计要求,我国的很多飞机设计师都曾参与其中,包括C919总设计师吴光辉。后来西飞在NRJ项目失败后,将MPC-75项目上的知识和经验运用到运-7上,造就了新舟60系列支线客机

八九十年代除了这为人熟知的MD-90外,我国在“大飞机”上还曾与波音的UHB、德国MBB的MPC-75、空客的AE-100项目进行过合作尝试,西飞还自主尝试了NRJ项目,都因多方面因素没有成功。最后,在经历了完全自力更生和以市场换技术的两条大飞机发展道路的探索后,2000年,我国决定集中力量自主研制出具备世界水平的新型涡扇支线客机,开始了对国产大飞机的“第三次”冲击。

采用桨扇发动机的波音727UHB
采用桨扇发动机的波音727UHB

空客AE-100想象图
空客AE-100想象图

在ARJ21涡扇支线客机的研制上,我国航空工业确定了飞机总体设计和机体生产以我为主,发动机和机载设备国际招标选购的思路。大量引进国外成熟设备在保证飞机机载设备先进性和可靠性的同时,更使我国航空得以集中科研力量在飞机的总体设计上,极大降低了ARJ21项目风险,加快了项目的总体进度。在ARJ21取得突破性进展的同时,我国正式启动了更大型客机的研制工作。继承ARJ21项目的成功经验,C919也采用了主制造商-供应商研制模式。中国商飞作为大飞机主制造商,负责设计集成、管理体系、总装制造、市场营销等方面,把发动机、机载设备、航电系统等外包给国内外供应商来负责。

军用大型运输机运-20已经列装,我国航空工业较于七八十年代已有长足进步,那商飞在C919上为什么还要选择与国外承包商合作?

的确,近些年来我国中航工业在军机领域可谓高歌猛进,硕果颇丰,两型四代机的研制,运-20的成功研制、试飞工作的稳步推进都表明我国已经具备大飞机的自主设计和生产制造的工业基础。而大飞机C919的最大载客量为190座,最大起飞重量72.5吨,最大航程4075公里,这样的数据与国产军用运输机相比其实就是运-8/9中型运输机的级别,远小于最大起飞重量250吨级的“大飞机”运-20。在民机领域中,C919也并不算是标准意义上的“大飞机”,只是相当于国内航线上波音737-800和空客A320这样的中短程干线客机,而非我们印象中运营在跨洋航线上的波音777、空客A340这般的庞然大物。

C919与波音737体型大致相当,而后面的正是波音777
C919与波音737体型大致相当,而后面的正是波音777

与C919同级的运-8/9中型军用运输机在我国已经生产使用几十年,技术上已经全面吃透,全面国产化。但限于大飞机军用型号和民用型号性能指标和设计理念上的巨大差异,我国在运-8/9和运-20上的经验成果还不足以支撑起C919的全面自主化。特别是民机上很多的配套系统设备是专有的或性能是不同于军机的,我国航空工业此前并未涉足过,还属于研制空白或在综合性能指标上还不能达到适航标准。所以请洋先生领进门是必要的。

大飞机军用型号和民用型号的差异,具体体现在…?

军用运输机与民航客机的差异和设计理念的不同归根到底是其背后的需求不同。我们百度下C919和运-8的尺寸数据就会发现前者长38.9米、宽35.8米、高11.952米,后者长34.02米、宽38.0米、高11.16米,虽然二者尺寸差不多,但运-8机体要宽也就是货舱尺寸要宽。因为现代军用运输机需要运输的武装直升机、8×8的轮式装甲车族、机动雷达、导弹发射车等武器装备吨位虽不算大,但尺寸上都是很宽的,所以军用运输机的货舱截面积特别是宽度都要大幅增加,机体呈短租的特征。

运-9运输机,摄影:威猛
运-9运输机,摄影:威猛

对比C919和运-8,除了尺寸上的差异外,你还会发现发动机的类型和安装方式也不同,这同样是需求和设计理念差异导致的。前者是涡扇动力,后者是涡桨动力,涡桨的优势就是场地适应能力好,“皮实”可以在未经过铺设条件简陋的野战前线跑道上起降。而涡扇动力对道面质量的要求远高于涡桨动力的,由于民航客机在精心维护保养的跑道上起降,所以不存在吸入异物的风险。而且为了降低耗油率,民用涡扇发动机涵道比也有越来越大的趋势。

涡桨动力凭借高场地适应性在运-8/9和C-130(上图)这类战术运输机的动力系统中占据着统治地位。而在运-20(下图)、C-17、伊尔-76这类大型战略运输机上,虽然也如民航机采用涡扇动力,但涵道比/尺寸上不会那么大,翼吊发动机的位置距地面也相对较高
涡桨动力凭借高场地适应性在运-8/9和C-130(上图)这类战术运输机的动力系统中占据着统治地位。而在运-20(下图)、C-17、伊尔-76这类大型战略运输机上,虽然也如民航机采用涡扇动力,但涵道比/尺寸上不会那么大,翼吊发动机的位置距地面也相对较高
涡桨动力凭借高场地适应性在运-8/9和C-130(上图)这类战术运输机的动力系统中占据着统治地位。而在运-20(下图)、C-17、伊尔-76这类大型战略运输机上,虽然也如民航机采用涡扇动力,但涵道比/尺寸上不会那么大,翼吊发动机的位置距地面也相对较高

除了外观和动力上的差异外,军机在设计中可以在保证货舱尺寸、载运能力、航程等关键性能指标的前提下对机体寿命、使用成本、耗油率、维修工时、维修成本、检修间隔等经济性和可维护性方面的指标做适当取舍。军机必须在国产率上力争最大化,以免战时卡脖子,特别是像我国这样的大国。即便因选配国产设备导致性能有所折扣也在所不惜。在军机的研发中还会出现适当降低性能来解决有无问题,在后续服役中再不断对性能进行完善、改进提高的情况。

但对于民机而言,因设计理念上的天壤之别,上述情况几乎不会出现。客机的关键性能指标与市场竞争力和商业前景息息相关,寿命和耗油率关乎营运的经济性问题,维修更是关乎飞行的安全性。此外客机相对于军用运输机还有着更为严格的机舱环控系统,还要考虑客舱噪音和乘坐舒适性,所以说民机的性能指标是综合性全面性的,如果像军机那样在任何一方面进行妥协就可能因“木桶原理”导致飞机无法获得适航证,不能投入商业营运。客机和军用运输机的差异有些像悍马勇士这类战场高机动越野车与我们日常私家车的区别。

C919的两台LEAP发动机距地面很近
C919的两台LEAP发动机距地面很近

为什么以“两弹一星”精神/模式来造大飞机是不现实的?

以“两弹一星”的精神或者说模式来集中航空工业力量对民用大飞机的所有子系统进行性能攻关,这在理论上是可行的,而且凭借近年来我国航空工业取得的成果和技术积累,完全有可能做到在性能、质量、安全性和经济性上全部达到大型客机的需求。

但这种两弹一星举全国之力,以航空工业系统的大动员大协同来推进大飞机的科研攻关工作,必然会影响到我国多型军用飞机的正常研制进程。而大飞机所有子系统都全部自行开发研制,整个项目进度势必会有数年的拖延。同时从经济角度看,包含了研制成本的设备采购费用必将变得极高。最后我国航空工业在付出巨大代价下,自主研制的C919必将会因漫长研制周期和高昂整机采购成本变得几无经济性可言。而作为民用客机,违背了商业上的“赚钱”这个根本性宗旨,整个大飞机项目其实就彻底失败的了。

C919的先进座舱设计
C919的先进座舱设计

所以说在国内航空工业实力和精力,以及国际航空制造或明或暗的规则面前,对于C919的国产化率的纠结和讨论要明辨主次抓住本质,不要被全面国产化的情绪蒙蔽双眼。C919大飞机的设计制造于我国而言已不是两弹一星那般关乎民族存亡,也不是昔日的运-10关乎国力和航空工业水平的展示,更不是运-20那样关乎我军战略投送能力的提升。C919作为商业客机,最核心目的还是在商业盈利!项目最基本的目标是通过C919来满足国内民航机市场庞大的需求,进而抢占国际市场实现更长期更大规模的盈利。

作为数码爱好者,感觉民航客机的制造的这种“主制造商-供应商”与手机行业类似啊,那C919不就是商飞来件组装的攒机吗?

  目前的手机行业,手机的屏幕、CPU、摄像头、电池、ARM处理器等零部件也都是全球化采购了,手机品牌商集中在设计、代工厂外包、性能调试检测、销售和售后服务等这些关键环节。虽然看似降低了手机行业的准入门槛,教英语的脱口秀的新媒体的娱乐圈的都可以杀入这个行业,但“搞机”其实没这么容易,要在产品设计上、在ROM优化上、在供应链维护上、在工程师驻厂良品率产能爬坡上、在门店售后上不断砸钱。

再看手机行业内已是现象级的国际品牌在牢牢掌控市场份额的背后,是对全产业链上下游的控制和整合几乎已成垄断地位,同时他们不仅是手机品牌商,手头还紧握专利技术、又是行业内处理器、屏幕、摄像头等硬件的供应商。

XPERIA旗舰机虽然已进入小众机型行列,但索尼作为几乎所有手机商的摄像头供应商,依旧可以在手机行业中屹立不倒,依旧可以“并没有!”
XPERIA旗舰机虽然已进入小众机型行列,但索尼作为几乎所有手机商的摄像头供应商,依旧可以在手机行业中屹立不倒,依旧可以“并没有!”

  同样在飞机制造业,发动机、导航、通信、数字飞控、驾驶舱显示、机舱娱乐,甚至座椅、卫生间等都有现成模块,所以在国外的私人飞机和轻型运动飞机领域,攒小飞机如同今日在华强北攒手机那么容易。在民航客机制造领域的几家国际大厂,主要工作也是集中在设计、总装、试飞、销售等关键环节。与手机行业神似的还有民航客机配套的系统模块已经非常成熟,在空气动力学的边界下机翼机身的设计和制造也形成了诸多常规。但既然是新机型的设计,就是对现有的边界再拓展,必然在新技术采用、系统整合和总体优化上会存在很大的不确定性,这就是设计和试飞的难点。即便近些年来大型民用客机领域已鲜有革命性的标新立异(正如今天智能机一水触摸屏+两大阵营的操作系统),但波音787和空客A380都曾在技术漩涡中挣扎过。

最后再看手机行业,富士康是iPhone组装生产的代工厂,但也就仅此而已。因为“苹果”负责产品软硬件的设计、供应商渠道链的建立、产品性能优化调试、门店销售售后以及获取利润。同样在C919上,之所以说是商飞的C919正因为商飞掌控着设计的知识产权、供应商的渠道建立、总装、试飞、销售售后环节。

这种关键环节的掌控对于C919国产化而言意味着什么,或者说日后会有那些好处?会不会实现百分之百的国产?

  在C919上,商飞对自主知识产权、整机研制的核心团队和研制关键环节进行了牢牢把控,C919整个项目的管理说到底就是最终的决定权的掌握。虽然目前C919所需的国产相关配套系统设备还存在空白或不成熟的情况,需要选购大量国外系统设备,但只要C919在市场上获得成功,只要我国掌握大型飞机的总体设计和试飞技术,就能为大飞机项目带来良性发展所需的资金和空间。在后续设计和制造中,只要国产设备系统能达到了国际水平,C919及后续机型就可以使用。

但要特别强调的是,即便商飞最终成为ABC客机三巨头之外的实力竞争者,但也只是意味着国产客机国产化率的提高,并不可能实现百分百国产化。因为客机制造行业的“潜规则”就是国际合作,这样的全产业链、复杂的超级大工程被一家独食也是不现实的。当然这个过程中,我国的民用客机制造配套产业也能获得发展升级,在掌握航电、飞控、液压、燃油等关键机载系统核心技术的同时,自然要把下游低端配套工作让给国外企业。此时在掌握整机设计和核心技术的前提下,大飞机的国产化率就不应该再是大家纠结的问题。

呵呵,C919内部系统设备都是进口外国的,在外形上和波音空客的飞机那么像,又是山寨!

  首先这个认识的第一个错误是“进口国外的”!国外系统设备供应商很可能是C919诸多“争议”的原点,多家媒体所绘制的C919供应商列表很是误导大家,导致出现了“系统设备都从外国进口的”印象。但详细查阅C919大飞机项目中实际的主供应商中航工业的工作范围,得到的信息是:“作为919大客机的主供应商,中航工业旗下的航电、飞控、电源、燃油和液压等系统研制单位,陆续与国外航空制造商合作,成立一批合资企业,共同为C919飞机提供包括航电系统、飞控系统、电源系统、燃油及惰化系统、液压系统、辅助动力装置、起落架系统、空气管理系统、防火系统、内饰系统在内的多种系统和设备。”

也许你看到的供应商列表是这张
也许你看到的供应商列表是这张


或者这张图注

但综合作为C919主供应商的中航工业方面信息全面来看“供应商”是这样的,是国外厂商与中航系成立的合资公司
但综合作为C919主供应商的中航工业方面信息全面来看“供应商”是这样的,是国外厂商与中航系成立的合资公司

那么简单说来就是,在C919的机载系统和设备的配套上,并非如此前新舟、ARJ21那般直接采用国外成品设备,而是外国供应商按照商飞的设计要求转让相应的技术给中航系企业,与相应的中航系组成合资公司在国内生产和改进研制。多数媒体并为全面说明这种“技术合作、合资生产”方式,导致很多人误认为C919只是进口了国外成品。在新闻背后,两种模式的差异对C919对国产大飞机项目的未来发展也有着截然不同的意义和影响。

“中国商飞自行研发了C919飞控系统的核心技术即飞行控制律的算法。霍尼韦尔公司作为飞控系统的供应商,受制于美国法律,在研发过程中只是负责将中国商飞设计好的算法与方案进行功能的实现。当出现故障时,由中国商飞自行定位或更改。”通过这则飞控系统研发的报道,不难理解这种外方进行技术转让并与中航工业组建合资公司进行研制生产的方式更利于对引进的核心技术进行消化吸收,更利于在未来的C919、C929国产大飞机上提高机载系统设备的国产化率。

再看C919的外部设计,虽然前文已经阐明当下航空制造业的现状之一是在空气动力学边界下,机翼、机身的设计和制造形成诸多常规,但即便在人们对目前民航客机外形傻傻分不清的情况下,C919还是让我们看到了超临界机翼和曲面弧形式风挡的亮点。

C919项目常务副总设计师陈迎春在此前的采访中对C919机翼设计曾进行过介绍,另外他也谈到C919飞机自主创新的五个标志:第一,飞机的总体方案自定;第二,气动外形由中国自主设计、自己试验完成;第三,飞机的机体从设计、计算、试验、制造全是中国自己做的;第四,系统集成由中国自己完成;第五是中国自己的特色管理。

机翼是“飞机的灵魂”,关乎起飞重量、运营效率和经济性,C919采用的超临界机翼是目前国际航空设计中较先进的机翼设计,在减少5%飞行阻力的同时能依旧保持燃油经济性。C919的超临界机翼是国内完全自主化设计的,从500多副机翼设计中优选出8副机翼进行风洞试验,前后共计“吹风”15000多次,背后同样离不开我国风洞等基础航空科研设施的系统化建设。民航客机机头座舱的风挡玻璃多为正面2块、侧面4块,共6块挡风玻璃组成,而在C919只有4块挡风玻璃,机头更具流线型。这样的曲面设计不仅让飞行员在驾驶舱的视野更开阔,还能减少了阻力、提高了燃油经济性,当然工艺更加复杂、制造难度更大。

C919标志性的4块曲面风挡玻璃
C919标志性的4块曲面风挡玻璃

作为客机制造业的新人,为什么商飞能得到供应商的技术合作乃至转让,波音和空客为什么没有打压?

  目前商飞与国外供应商的积极合作,波音和空客对这个新兴者的态度还是默许的,背后的根本原因在于当前全球航空器市场仍处于快速发展阶段。空客在2014年发布全球航空市场预测报告中称:未来20年不论是在国内市场还是国际市场,中国航空客运量均将处于全球领先水平,增长率也超过全球平均水平。在未来10年时间里,中国国内的航空客流量将超过美国国内的航空客流量,成为全球第一大民航市场。波音公司则预测:未来20年,中国的航空客运航线将至少需要6330架新飞机,总价将高达9500亿美元左右。

如此庞大的市场需求显然不是国内航空制造业所能满足的,在未来一段时间内这块超大蛋糕还是要被波音和空客分走大部分,所以波音和空客在与我国签订的大单合同中同意作为附加协议在我国本土设立装配工厂,并且对待C919的态度并没有出现此前对加拿大庞巴迪C系列干线客机那般通过供应商进行围剿和打压。但无论从最大化商业利益、稳定配套供应链、掌握核心技术等角度而言,目前中航工业与国外系统设备供应商展开的合资生产和研制都是非常必要的。

加拿大的庞巴迪公司,若以员工人数计是世界上第三大的飞机制造商,其在C系列干线客机的发展上并不顺利
加拿大的庞巴迪公司,若以员工人数计是世界上第三大的飞机制造商,其在C系列干线客机的发展上并不顺利

战后的日本在民用大飞机领域也是野心勃勃,也还是有着一定实质性成果的,YS-11后目前三菱重工主导研制的MRJ支线客机即将首飞。但商业前景上亦如往常、依旧不乐观
战后的日本在民用大飞机领域也是野心勃勃,也还是有着一定实质性成果的,YS-11后目前三菱重工主导研制的MRJ支线客机即将首飞。但商业前景上亦如往常、依旧不乐观

  “如此庞大的市场需求显然还不是国内航空制造业所能满足的”换句话说,国内的市场已经足以支撑起C919的商业前景,能够做到收回前期研发投入的成本。甚至即便C919未来遭遇FAA取证不顺利的情况,仍可以依靠国内市场生存。C919目前订单就已经达到了500多架,这种对C919的信心和国内庞大市场需求下的底气是也想开发大飞机的俄罗斯、乌克兰、日本、加拿大、巴西等国都是不具备的。

FAA、EASA、CAAC是什么概念?未来C919商业化营运后你敢不敢坐?未来我国大飞机会有今天高铁的成就吗?

  对于商业化的民用客机而言,商业营运也是要“持证上岗”的,其中尤为关键的是取得适航证。C919除了获得我国民航总局(CAAC)颁发的适航证外,面向国际市场就还要获得美国联邦航空管理局(FAA)和欧洲航空安全局(EASA)颁发的适航证。FAA和EASA颁发的适航证一方面是对以往血淋淋飞行事故进行调查分析、教训总结后制定的繁杂严苛标准和程序细则,另一方面则是从商业利益角度出发为新兴后来者设立越来越高的竞争准入门槛。C919走向国际市场时必然会面对FAA和EASA这两座大山,否则可能就是第二个伊尔-96。有着扎实航空制造实力的俄罗斯为了让伊尔-96获得美欧适航证,最终妥协升级了美欧的航电设备和普惠的发动机,形成利益捆绑共同体后才顺利“闯关”FAA。

伊尔-96的“国际版”采用欧美航电设备和发动机,获得了FAA但也没有打开国际市场,而本土版限于俄国内的市场需求在商业化上也并不成功。图为作为普金总统专机的伊尔-96
伊尔-96的“国际版”采用欧美航电设备和发动机,获得了FAA但也没有打开国际市场,而本土版限于俄国内的市场需求在商业化上也并不成功。图为作为普金总统专机的伊尔-96

  所以在目前商飞C919的主制造商-供应商研制模式背后,是客机制造的国际合作,是这全球化供应分包的商业规则,是既是适航遵守者也是适航标准的制定者的GE、霍尼韦尔、柯林斯、利勃海尔等系统设备提供商。这是一个冰冷的事实,这些厂商既是运动员又是裁判员,C919作为刚上场的新运动员用利益捆绑拉拢裁判是必要的,因为国际赛场也有“黑哨”!这种“统战工作”下的利益共同体在另一个侧面其实也提高了C919的竞争力和安全性,是取得适航证的保障。

ARJ21漫漫试飞取证的过程,可能对C919有一定的借鉴意义…
ARJ21漫漫试飞取证的过程,可能对C919有一定的借鉴意义…

  但考虑到ARJ-21试飞适航取证的慢慢历程,所以说C919的首飞其实仅仅是万里长征第一步。对于C919而言,在目前的研制模式下,在相对便利合规的取得FAA和EAES的同时,我国民航更要完善CAAC,并争取在国际获得更大范围的认可。最后获得适航证投入商业营运的C919在面对敢不敢乘坐C919、C919安全不安全这类问题时自然就是一笑了之。

C919的首飞其实仅仅是万里长征第一步
C919的首飞其实仅仅是万里长征第一步

梳理下来,我国大飞机的发展模式可能就是对我国高铁“从引进技术到成套出口”的复制。但较于铁路系统在国内主导下的相对封闭,目前的民航机制造业不仅有着FAA、EASA跑完马圈完地后主导的明细框架标准,同时还要在成熟自由开放的市场上直面波音空客的竞争,即使有国内政策的扶持,C919面对的竞争压力也远非当年的高铁可比。

此外,对于C919的军用化讨论,笔者还是颇为消极的,毕竟主制造商-供应商模式下商业化是首要是根本。但即便是C919实现核心系统设备的自主国产化之日,考虑到时间节点和与运-8/9类似的吨位尺寸,其军事用途前景不大。相较而言,远期的C929平台才能做更大文章,应用在加油机、大型预警机、战略侦察指挥机等特种机型领域。

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