机械machine.hc360.com

2019国产民航大飞机研究报告

时间:2019-12-12 14:25:33

来源:中国机械社区

作者:佚名

国产民用大飞机的尝试源自运-10

对民用大飞机制造的探索由来已久

我国对大飞机研制的探索很早,但早期对其发展思路没有形成深刻的共识。


大型航空器的制造技术是衡量一个国家科技水平、制造业水平及综合国力的重要标志,中国民用大飞机项目研发走过了一条坎坷曲折的道路,从我国最早的运-10立项到C919成功首飞,这期间经历了四次国家重大决策,国内大飞机的研制才最终开花结果。

在大飞机研制路径上,一直有支线和干线、民用和军用、国际合作和自力更生的分歧。国家从对国民经济的长期性和战略性高度考虑,最终决定要自主研制民用大飞机。


我国航空产业发展提出过三步走战略,想通过与国外合作生产再逐步国产化,但在国际垄断竞争的环境下,最终未能实现。

三步走战略是,首先是装配和部分制造支干线飞机,当时主要是装配MD80/90系列飞机,由麦道提供技术;然后与国外合作,联合设计研制100座级飞机;最后是在2010年实现自行设计、制造180座级干线飞机。

后来因为1997年8月麦道公司被波音收购,并撤销MD80/90飞机生产线,中国被迫停止了和麦道的合作;1998年因空客无意合作,以巨额技术转让费相挟,联合研制项目也最终终止。

大飞机的定义及主要结构


大飞机是相对的概念,各国航空工业发展水平不同,在我国大飞机是指最大起飞重量超过100吨的运输类飞机,包括军用大型运输机和民用大型运输机,也包括一次航程达到3000公里的军用飞机或乘坐达到100座以上的民用客机。

在我国将150座以上的客机被称作“大型客机”,100座以下的叫做“支线飞机”,狭义的民用大飞机专指150座以上的客机。我国目前有两款大飞机C919和C929在研。

C919是我国首款窄体单通道飞机,座级158-168座,航程4075-5555公里,C919设计之初对标的是美国波音737和欧洲空客A320系列飞机。

C919未来将面对这些主要对手:欧洲空客A320系列最先进的neo系列,波音737MAX系列,俄罗斯MC-21客机,加拿大庞巴迪CS300等。

C929飞机是中俄联合研制的宽体大飞机,其航程约为12000公里,载客数为280座级,该机型的全球竞争对手有波音787飞机和空客A350系列飞机。


大飞机机体、发动机和机载系统是飞机三大组成部分,三者价值占比大约相同。大飞机可分为飞机机身、起落架、发动机、机电系统、航电系统、内饰等。

机身包括前机身、中机身、后机身、机翼、尾翼,约占大飞机整体造价的30%;发动机及动力系统约占25%;机电系统包括电源、燃油、液压、第二动力、机轮刹车、环境控制和生命保障系统,约占15%-20%;航电系统包括通信系统、导航系统、飞行管理系统、综合显示系统、核心处理系统、机载维护系统等,约占飞机15%-20%,此外还有约5%的起落架和4%内饰。


大飞机主要结构



大飞机制造产业链条长,孕育于军机制造体系

C919大飞机研制的定位是“自主研制、国际合作、国际标准”。C919整机的产权属于中国商飞所有,飞机的设计、总装、试飞、销售等关键环节都掌握在中国商飞手里。

在大飞机制造领域充分体现了国际合作,飞机机身主要由国内企业承担,发动机采用的法国赛峰的CFMLEAP-1C发动机,而航电系统和机电系统则主要由合资企业提供。

大飞机制造产业呈金字塔状,层级越低供应商越多。大飞机产业链复杂而庞大,大飞机产业金字塔最上面是商飞负责总装,金字塔第二级是大飞机的分系统供应商,而底部则是各种机械、电子零部件企业。每一个系统都由成百上千的分系统、子系统组成,因此越到金字塔下层供应商数量越多。

目前我国民用航空制造业还处于成长初期,尚依附于军机制造体系.


航空产业的组织结构和研制能力主要服务于军用飞机,航空工业集团和航发集团承担着飞机和航空发动机的研制,科研和产能也完全向军用飞机倾斜。但很多军用飞机的先进技术可以完全移植到民用飞机上面,以军机制造能力为基础,能很快消化吸收国外的先进民机制造技术。

在原材料领域,C919大飞机主要用到铝合金(机体结构重量占比约62%)、钢铁(15%)和少量的钛合金(9%)和复合材料(12%)。对于我国大飞机而言,碳纤维复材的应用比例有很大提升空间。

目前我国航空碳纤维复材的产量规模在16亿左右,基本都在集中在军用航空领域。国内航空碳纤维复材领域的上市公司主要有中航高科、光威复材、恒神股份以及中简科技。

C919机载设备以合资公司为主,国内供应商主要是中航机载系统有限公司。该公司由中航机电系统有限公司以及中航航空电子系统有限公司合并而来。

中航工业下属相关机载设备研制生产企业与国际机载设备公司柯林斯、霍尼韦尔、派克等建立合作。

航电方面,C919大飞机的飞控系统由霍尼韦尔和中航工业西安飞控研究所两家承担,通信与导航系统是柯林斯和中电科航空电子两家,客舱核心系统、信息系统则是中航工业测控所和中电科航空两家。

机电方面,陕西航空电气和汉胜公司负责C919的电源系统,燃油系统则是由南京机电和派克公司承担;除航空工业集团企业外,博云新材和霍尼韦尔一起配套刹车系统。

2018年,我国整个机电系统产业规模在200亿元左右,航电系统产业规模在300亿元至320亿元,其中绝大部分是配套军机,据此推测的我国军用飞机制造产业规模在1500亿元左右。国内航电和机电系统的上市公司主要有中航电子、中航机电、中航光电、中航电测。

C919机身都是由国内企业完成,主要承担者是各大主机厂。包括西飞、沈飞、成飞、洪都、哈飞和昌飞在内的国内主要飞机制造企业都有参与大飞机的机体配套,其中西飞的比例最高,涉及到的上市公司有中航飞机、中航沈飞、洪都航空、中直股份。



在民用航空发动机方面主要依靠进口,国内航发正处于研发状态中。C919使用的是CFM公司研发的LEAP-1C发动机,发动机的性能总体性能是优于波音737MAX客机所使用的LEAP-1B发动机,和空客A320neo客机使用的LEAP-1C发动机是处于同一水平。

中国航发商发公司在为C919研制涡扇发动机CJ-1000A,在航发材料和叶片方面,国内的相关上市公司有钢研高纳、火炬电子和万泽股份。



大飞机制造有集群效应,行业壁垒高

大飞机制造从分散走向集中,并且集群效应非常明显。欧洲空中客车的成立就是一段整合的历史,初衷也是为同波音和麦道竞争。欧洲空中客车公司创建于1970年,是一家集法国、德国、西班牙与英国公司为一体的欧洲集团,总部设在法国图卢兹。

为了应对空客公司日趋激烈的竞争,1997年全球民用航空排名第一的波音公司与第三的麦道公司宣布合并,从此开启了波音与空客两大航空巨头垄断竞争的历史。

世界上著名的飞机产业集群有法国的图卢兹、美国的西雅图、加拿大的蒙特利尔和巴西的坎普斯。

西雅图在2017年以前一直是波音公司总部所在地,而蒙特利尔是庞巴迪公司总部所在地,坎普斯是巴西航空工业公司的总部所在地。


我国的大飞机产业集群未来将主要集中在上海、西安、成都、沈阳、哈尔滨、南昌。上海是大飞机产业的主要集中地,目前中国商飞公司总部落户浦东陆家嘴,飞机设计研发中心落户浦东张江,民用航空配套产业基地落户浦东临港新城,中国商飞总装制造中心落户浦东。

西安已经形成了集飞机研究设计、试验试飞、生产制造为一体的航空产业体系,包括西飞、中航一飞院、中国飞行试验研究院,西安航空单位达到307家,国有科研院所16家,航空相关院校19家,民营航空企业251家,涉及航空计算机、航空发动机、飞机起落架、飞行数据采集记录系统、机载设备、飞机强度试验等领域研发制造。

成都有40余家航空领域企业,如中电科航空电子公司、成都飞机设计研究所、中航成都发动机公司、成飞民用飞机公司等等,涵盖从设计、研发到生产制造,从核心构造件到整机总装的航空与燃机全产业链体系。

沈阳则立足沈飞民机,壮大飞机大部件、通航产业集群,哈尔滨则依托哈飞工业有限责任公司,南昌依托洪都航空来打造自身的航空产业集群。


目前国内大飞机产业链上,越偏上游竞争越激烈,而产业链下游则处于完全垄断状态。由于上游的供应商数量多,而且有很多民营企业参与,而中下游由于技术壁垒高、研发投入大,还处于国有企业垄断环境中。

合格的民用大飞机供应商要满足适航技术要求。民用飞机的适航管理制度简单地称为“三证管理”,即对民机型号设计批准的“型号合格证(TypeCertification,TC)”、对民机型号生产批准的“生产许可证(ProductionCertification,PC)”和飞机投入航线运行之前适航当局还颁发单机“适航证”(AirworthinessCertification,AC)。

飞机制造商的新机型在国内飞行需要获得中国航空管理局(CAAC)颁发的适航证,在全球市场上运营还要获得EASA(欧洲航空安全局)和FAA(美国联邦航空管理局)的适航证。对于特殊的机载设备及零部件,需要单独颁发适航技术要求,并采用特定的适航管理形式,因此民用大飞机供应商具有较高的护城河。


国内市场需求大,国产替代是必由路径

我国民机需求呈稳态增长,未来20年民航机队规模将翻倍。根据民航资源网的数据,2018年国内航空公司共计新引进飞机426架,至2018年底国内民航运输机队规模达到3615架。

从2012年1941架增长到2018年3615架,我国民航运输机规模6年内翻了近一倍,年均复合增长10.92%。

2017年9月19日,中国商飞发布《中国商飞公司2017-2036年民用飞机市场预测年报》,预计未来20年,我国航空公司将有8575架新机需求,到2035年中国机队规模将达到8684架,规模将是2018年的2倍多,其中单通道喷气客机5539架,双通道喷气客机2048架,喷气支线客机1097架。

未来20年我国民用客机市场空间近8万亿。根据商飞民用飞机市场预测年报,到2036年末将有8575架新机需求.按照商飞民用飞机市场预测年报给出的价格参考计算,未来到2036年我国民用客机需求规模将有7.76万亿。



未来机载设备企业将分得大约35%的价值比例,并且机载设备更新速度快,未来机载设备公司将会快速成长。

按照民航客机总需求规模7.76万亿估算,未来20年机载设备将有2.72万亿增量空间,均摊到每年约为1400亿元,规模远在军机配套之上。受制于气动和性能要求,同型号飞机的机体相对固定,发动机与机身需要配套,同型号飞机的发动机也不会轻易改变,而机载设备则会不停更新,尤其在智能软件方面。

大飞机产业将会推动新材料的快速发展,主要是能够提升飞机总体性能、减轻飞机重量的新材料,如碳纤维复材和第三代铝锂合金材料。碳纤维复材由于其优越的强度模量特性,被大量应用在民航飞机上。

根据相关报道,碳纤维复材主要应用在C919方向舵等次承力结构和飞机平尾等主承力结构,主要包括雷达罩、机翼前后缘、活动翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后机身、尾翼等部件,机体结构重量占比达到12%。

铝锂合金是一种轻金属合金材料,用它替代常规铝合金材料,能够使飞机构件的密度降低3%,重量减少10%~15%,刚度提高15%~20%,在C919前机身大部段首次采用这种材料。未来新材料在大飞机上比例会越来越高,目前波音787大型飞机上碳纤维复材的应用比例已达到50%。随着大飞机C919产量的增加,前端新材料必将得到快速发展。


国产大飞机的国产化比例会逐渐提升直至掌握全部核心技术。目前C919大飞机国产化比率不到60%,其中大部分在机体,发动机尚需进口,机载设备领域则是合资公司占据主流。

未来大飞机借鉴高铁消化再创新的路径,国产化比率目标是100%,完全进口的部分要通过自主研发逐步国产化,这是商飞购买原装进口产品时设置的“门槛”。


C919必将成为波音和空客后的第三极

波音公司的研制能力超强,代表着美国工业制造最高水平。波音公司是全球最大的民用和军用飞机制造商,此外产品还包括旋翼飞机、电子和防御系统、导弹、卫星、发射装置、以及先进的信息和通讯系统。

根据波音公司网站宣称,波音公司华盛顿州伦顿波音737生产线月产量将达到57架,每天都会有超过一架波音737下线,这还只是波音公司一种机型。

2018年波音公司共交付了806架飞机,刷新了2017年763架的交付纪录。2018年波音737机型月产量52架,大部分为波音737-MAX系列,787机型交付了145架,其余为777、767和747-8机型。

我国大飞机产量初步为年产20架,未来将实现年产100架的设计能力,我国大飞机制造水平还有很长的路要走。

空客公司是一家欧洲航空公司的联合企业,是业界领先的商业飞机制造商。空中客车公司成立于1970年,隶属于空中客车集团,从事商业飞机业务。


2018年公司交付了800架商用飞机,其中有626架A320系列飞机,月产达到52架。空客公司2019年的交付目标是880-890架。空客A320系列飞机的生产设施遍及全球,在欧洲(法国图卢兹和德国汉堡)、中国(天津)和美国(莫比尔)共四条总装线。

德国汉堡总装线是2018年启用的,大幅应用数字技术,并且拥有更加灵活的工业流程设置,是公司A320机型实现月产60架的关键推动因素。



C919试飞进度加快,商用运营预计在2021年。2018年共有三架机进入试飞状态,今年C919预计又有三架机开展试飞,分别为104/105/106。

民航局在去年两会期间就曾透露,中国商飞力争在2020年底让C919取得中国民用航空适航证,今年两会期间,大飞机总设计师吴光辉表示,C919正在进行最后的上市进程,将按部就班的完成生产、试飞的各项进程,力争2021年上市。

根据公开资料,目前104架机已进入总装阶段,105架机在处于部装阶段,106架机正按计划进行各个大部段制造,预计到今年底将全部投入试飞工作。目前,C919客机目前已经获得来自28家公司的815架订单。

国产大飞机注定是波音和空客不可小觑的对手。一方面受益于国内巨大市场,C919目前尚处于试飞阶段但已经获得了815架订单,包括中国国际航空、中国东方航空和中国南方航空三家国有航空公司在内的7家国内航空公司135架订单。


C919在取得美国和欧洲的适航认证方面经验不足,并且周期会较长,但国内市场空间巨大,在满足国内需求后C919便会成长为一型成熟的飞机。另一方面,我国大飞机产业链完整,从上游原材料、关键零部件到下游动力、飞控、燃油等大系统,我国都有独立研制能力和创新能力。

免责声明: 凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

广告

关注我们

扫一扫
关注“慧聪移动号”

慧聪会员登录

忘记用户名?

忘记密码?

登录

注册

没有会员账号?只需一分钟注册,您可获得: 海量买卖家资源,成单机会就在眼前