国产大飞机一梦50年对标波音空客,已获815架订单,东航首批引进5架
国产大飞机终于接近起航时刻。
3月21日,东方航空MU5735航班空难引发全国关注。受此消息影响,波音(BA.NYSE)市值一度蒸发71亿美元。
全球大飞机市场长期被空客和波音两大巨头垄断。从70年代启动运10项目开始,走过半个世纪,历经几代航空人的努力,国产大飞机如今已逐步走向成熟。
"C919从设计之初便对标波音的737系列和空客公司的A320系列。如今,C919已进入试航取证阶段,在取证之后就可以给客户交付订单了。"3月22日,参与C919飞机项目的飞机设计师赵东阳在接受时代周报记者采访时表示,从项目启动到研发完成,C919经历了十余年,"这是我国首个自主研发的新一代喷气式大型客机,研制经验需要不断积累,过程也比较曲折,因此周期时间较长。"
2022年1月,中国商飞副总经理吴永良在接受媒体采访时表示,国产C919项目仍处适航取证阶段,预计将于2022年完成交付,"具体交付将等到取证完成后才具备条件。"
C919
即将起航的大飞机也引发了市场想象。
据同花顺数据,3月22日收盘,大飞机板块涨幅0.28%,62只成分股中有25家上涨。安达维尔(300719.SZ)、立航科技(603261.SH)、天保基建(000965.SZ)涨停收盘,金财互联(002530.SZ)、钢研纳克(300797.SZ)纷纷跟涨。
国产大飞机已拿下815架订单
民航制造业是国家实力的象征,也是推动经济与科技进步的重要力量。如果说民航制造业是制造业的"皇冠",那国产大飞机就是这顶皇冠上最闪亮的那颗明珠。
"大飞机"是指起飞总重超过100吨的运输类飞机。在民航业内一般指拥有150座以上的干线客机。
我国研制大飞机的历史,至少可以追溯到五十年前。
1970年8月,我国开始大飞机运10型号的研制。因研发投入较大、不具备大规模商业化运行的条件等原因,耗资5.38亿元的运10计划在1986年终止。随后与外资企业合作项目均以无果而终,我国大飞机项目一度陷入停滞。
2002年,民营航天制造业重新起步。原中国航空工业第一集团的支线飞机ARJ21"摸着石头过河",用零星的技术经验重塑国内民航飞机制造体系,为后续国产大飞机的研发积累了工业基础。
2006年,大型飞机重大专项被确定为16个重大科技专项之一,写入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》。
随着2008年中国商用飞机有限责任公司(下称"中国商飞")的成立,C919的设计、研制、试制、试飞被提上日程,国产大飞机项目再次蓄力冲顶。
2015年,C919首架机正式总装下线,两年后成功首飞。
C919是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,座级158-168座,航程4075-5555公里。
据中国商飞官网最新数据,C919已完成立项论证、可行性论证、预发展阶段工作,转入工程发展阶段,累计28家客户815架订单。
"我们民用飞机相对起步较晚,在经验上比较缺乏。与此同时,如今的新一代飞机对性能要求比较高,因此通常是使用复合材料。复合材料的使用也是我们设计过程中的一个技术难点。"赵东阳表示。
国产大飞机C919首飞成功,标志着我国成为全球第四个拥有自主制造大型干线客机能力的国家。大飞机制造的规模化和标准化也推动航空制造产业链上下游的发展,催生产业集群效应。
华创证券指出,根据中国商飞和波音公司的市场预测,未来20年,我国对类似C919这类窄体客机的需求量为每年平均300架左右。假设未来C919在国内能够达到三分之一的市占率,则C919飞机年平均交付量有望达到100架,大飞机产业链有望迎来快速发展。
时间轴
大飞机已转入"产业化阶段"
虽受疫情影响,但C919大飞机的适航取证仍"马不停蹄"。
2021年12月的中国民航局的例行新闻发布会上,中国民航局航空器适航审定司司长杨桢梅披露了C919进行适航审定科目的具体情况,即共规划表明符合性飞行试验工作3273个试验点、审定试飞科目276项;在进度方面,杨桢梅表示,已经有694个试验点和34项审定试飞科目,未进行的科目包括"自然结冰"等。
赵东阳解释称,适航取证环节相当于商品上市前最后的检测阶段,在这个环节中,需要对飞机产品、飞机使用手册、修理手册等等进行适航审查,因此审查也需要一定周期。
在中国商飞于2022年2月举行的干部大会上,中国商飞董事长贺东风表示,2022年,大飞机由研制阶段逐步转入产业化阶段。
业内人士指出,C919的相关飞行测试工作,受到了全球新冠疫情的影响,个别之前需要在国外进行测试的科目,改在国内同等条件的环境下进行,最终克服困难,也达成了比较完满的效果。
完成适航取证环节后,国内头部航司将是C919的首批客户。2021年3月,中国东航(600115.SH)与中国商飞正式签署C919大型客机购机合同,首批引进5架,东航将成为全球首家运营C919大型客机的航空公司。
根据2021年9月中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报(2021-2040)》,未来二十年,中国航空市场将接收50座及以上客机9084架,价值约1.4万亿美元。其中。50座级以上涡扇支线客机953架,120座级以上单通道喷气客机6295架,250座级以上双通道喷气客机1836架。到2040年,中国的机队规模将达到9957架,占全球客机机队比例22%,成为全球最大的单一航空市场。
延伸阅读
C919即将交付,院士曹春晓、王华明抖音开讲,回顾国产大飞机50年历程
近日,两位参与过国产大飞机研发的院士罕见地参加了同一档科普节目。在抖音与中国科协"科创中国"联合出品的《院士开讲》中,中国科学院院士曹春晓和中国工程院院士王华明科普了应用在C919制造中的钛合金应用和金属3D打印技术,让我们看到了国产大飞机背后技术攻坚的艰辛过程。
给国产大飞机换上钛合金
曹春晓跟国产大飞机的渊源可以追溯到50年多前。
上世纪七十年代初期,大型喷气式客机"运-10"研制计划启动。当时曹春晓还不到40岁,在北京航空材料研究院工作,研究航空用钛材料。中国在航空用钛领域比国外落后了12年,但发展很快。1973年,他接到任务,参与研制涡扇8发动机的研制,涉及59种钛合金零件。
经过几年的协同作战,曹春晓等人研制出10台涡扇8发动机,并经受了试车实验。1980年,运-10首航成功,最大起飞重量为110吨,让中国成为世界上第五个研制大型喷气式客机的国家。然而,6年之后,运-10因为种种原因下马,没能投入商用。
这一度让曹春晓遗憾不已。"对于我们这些航空材料人来说,谁不希望能坐上自己设计和制造的大型客运飞机呢?"
大飞机的梦在26年后重新得以延续
2006年,国务院批准成立大型飞机方案论证委员会,曹春晓是唯一从事航空材料研究的委员。国产大飞机项目启动后,曹春晓担任专家咨询委员会委员,奔波于全国各地。大飞机项目涵盖民用和军用机型,民用客机代号就是C919。
飞机的自重越少越好,飞机自身的重量占它整个起飞重量的百分数,称为"飞机的结构重量系数"。过去七十年,没有一架飞机的结构重量系数低于27%,就是受制于大型构件的性能和大型构件的制造能力。钛合金材料成为其中的关键。通过钛合金材料和锻造技术的提升,可以减轻飞机的结构重量,提升其竞争力。
如今,对经济性要求更高的C919,钛合金用量达到8%,与美国波音777的7.5%用量相当。大飞机的制造离不开对技术要求极高的大锻件。在《院士开讲》栏目中,曹春晓展示了一个用于C919的钛合金锻件接头,这个名为TC4的接头,重量为600公斤。为了制造类似的锻件,中国建设了世界上压力最大的8万吨液压机。
来源:《院士开讲》第五期
2015年11月,拥有我国自主知识产权的C919在上海总装下线,正式向全球公开亮相。曹春晓在现场激动不已,四十多年的梦想终于成真。
2017年5月5日,C919大型客机在上海成功首飞。2021年3月,C919拿下首单订单。截至2022年初,C919已经拿下815架订单。
曹春晓院士(左四)在C919下线现场
弯道超车的3D打印技术
作为改革开放后走上科研岗位的中坚力量,王华明院士致力于用3D打印技术解决材料锻造难题,对于国产大飞机的研制也发挥了关键作用。他今年50岁,已经在金属3D打印领域钻研22年。
"3D打印"在业界有更学术的名称:增材制造。这项在1980年左右诞生的制造技术,得益于计算机的发明,使制造过程变得数字化。而其原理,就是把零件切分成无穷多的平面,把三维的复杂零件当成二维的平面问题来做。
所谓的"增材",就是一层一层地往上增加原料来做成新的材料,就像高等数学里的定积分。增材制造,就是把粉和丝这样的原料,通过熔化的过程,完成合金化,完成凝固,完成材料的制备,与此同时,塑膜直接变成零件,材料制备的过程本身就是制造复杂零件的过程,中间不再需要有传统的冶金工业,传统的锻造工业过程。
来源:《院士开讲》第九期
王华明院士团队研发出的激光增材制造技术,为国产大飞机和新型战斗机提供了关键受力大型部件。"我们团队真正瞄准的核心,是如何控制微区冶金这个过程,能做出高品质的材料,能让材料的性质发生质的变革。"王华明说。
在《院士开讲》中,王华明还分享了一次攻坚经历。美国等国外技术团队率先尝试用增材制造的方法制造钛合金构件,结果疲劳性能不够,尝试了很多办法还是未能改善,在2005年左右放弃了这条路。而王华明的团队继续坚持,虽然起步晚于国外,最终却做出了可以用于大飞机的关键构件。
来源:《院士开讲》第九期
从2007年起,王华明团队就已制造出许多非常复杂的构件。"以前我们总师们很头疼,他可以设计出非常好的结构,但我们搞制造的干不出来,现在你就可以把这个约束取消掉,自由地设计,我们想办法去做,当然我们可能永远跟不上设计师的步伐,但是你可以放开,你们至少有很多余地会改善。"王华明院士说。
拿C919来说,机头主风挡窗框就是王华明院士团队研发的。这种部件尺寸大、形状复杂,国内飞机制造厂的传统方法无法制作。欧洲一家公司可以制作,但周期漫长,需要两年时间才能交货,而且价格高昂,仅每件模具费就要50万美元。
2009年,王华明团队利用3D打印技术,耗时55天做出了C919机头钛合金主风挡整体窗框,成本不足欧洲锻造模具费的十分之一。
王华明团队通过和沈阳飞机设计研究所等机构的密切合作,在大型关键构件的制造上,已经取得了质的突破。除了省去模具、传统铸造锻造外,由于把三维问题当成二维来做,零件的大小、形状、尺寸,不再受制约,理论上不再受到制约。
"它将会改变未来装备的结构,也许会改变未来装备性能,也许一个飞机需要3万个零件,自重好几十吨,现在有了3D打印之后,几万个零件,也许变成2000个零件,数量已经大幅度减少。通过打印高品质的材料,强度在提高,自重也在减轻。"王华明说。
来源:《院士开讲》第九期
科普和科研同样重要
除了机身,发动机也是钛合金应用的重要场景。航空发动机被看作是大型运输机和战斗机的"心脏"。在《院士开讲》中,曹春晓透露,"等长江涡扇发动机研制正式成功以后,也会用到我们这个C919上面。" 长江1000涡扇发动机的钛用量已经达到23%。
在《院士开讲》的最后,作为新中国成立后的第一代科学家,曹春晓院士表达了他的愿望:"第一个愿望是希望(使用钛合金材料)的新型国产飞机能够早日投入使用,第二个则是未来还能做出质量更高的国产(航空)发动机。"
来源:《院士开讲》第五期
曹春晓院士表示,国产大飞机之路还很长,需要更多人参与进来。对此,王华明也深有同感。"要做大事情,你一个人是做不成的,要沉下心来,不要想着干每一份事情都要有一个眼前的这种利益,可能你需要合作,需要有个团队,不同的人在一起,干惊天动地事,做隐姓埋名臣,也许就是这么一种结果。"王华明说。
两位院士给出的一个答案是科学知识普及。在他们看来,科普和科研同样重要。王华明院士曾参加央视《开讲啦》等科普节目,这次参加由抖音和中国科协"科创中国"联合出品的《院士开讲》,也是希望与更多年轻网友进行交流。
目前,曹春晓和王华明院士的两期内容已经在抖音、今日头条、西瓜视频上线,并吸引了上千万人次观看。
王华明院士的讲述很生动,将3D打印的过程比作"揉面"。而曹春晓院士很擅长与年轻人进行互动,虽然已是87岁高龄,却依然关注很多年轻人关心的话题,比如科研院系的男女比例,或是熬夜和加班问题。通过这些科普内容,越来越多的年轻网友开始对航天航空行业有了兴 趣。
来源: 时代周报
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