从蹒跚学步到展翅高飞的C919

有一个梦,中国人追逐了半个世纪,延续了五代航空人。经过近10年的攻关,中国自主研制的新一代喷气式大型客机C919首飞成功

China Policy Review - - 科技与人文 - □沈海军

在中国,大型客机主要是指起飞重量超过 100吨的运输飞机,也包括拥有 150座以上的干线喷气式客机。目前全球只有美国、法国、俄罗斯和中国具有制造大型客机的能力,而垄断国际干线客机市场的只有美国波音和欧洲空客。尽管如此,国际航运体系习惯上把300 座位以上的客机称作“大型客机”,这主要由各国的航空工业技术水平差异决定的。

成功试飞意义重大

2017年5月5日,中国商用飞机有限责任公司(简称“中国商飞”)生产的国产 C919大型客机成功首飞,这架承载着亿万人梦想的中国大型客机顿时吸引了全世界人的眼球,一些媒体称该事件为“中国民航业最大、最显著的里程碑”。C919首飞成功之后,紧接着要开展的工作就是试飞定型和适航取证,再往后就是国产C919飞机后续升级中关键部件、子系统的国产化替代。

C919成功首飞意味着中国实现了民用机技术集群式突破,探索出了一条“中国设计、系统集成、全球招标,逐步提升国产化”的发展道路。形成了以上海为龙头,陕西、四川、江 西、辽宁、江苏等22 个省市、200 多家企业、近 20万人参与的民用飞机产业链,提升了中国航空产业配套能级。推动国际航空企业与国内企业组建了 16家合资企业,带动动力、航电、飞控、电源、燃油、起落架等机载系统产业发展。包括宝武集团在内的16家材料制造商和54家标准件制造商成为大型客机项目的供应商或潜在供应商。陕西、江苏、湖南、江西等省建立了一批航空产业配套园区。C919及其后续的国产化为中国航空产业、特别是民机工业提供了机遇。“以中国商飞为核心,联合中航工业,辐射全国,面向全球”的较为完整的、具有自主创新能力和自主知识产权的航空产业链正在形成。

首架国产大型客机的遗憾

翻开尘封的历史,曾已完成首飞的国产运 10飞机成为中国民机工业永远无法抚平的痛。1970年,毛泽东主席视察上海提出了“上海可以造飞机”的最高指示。同年7月,经国务院批准,上海市试制生产大型运输机被纳入国家计划,大型客机代号为运10。因为该任务是 1970年8 月下达的 , 故项目代号为“708工程”。随即, 上海大型客机设计院(即后来的上海飞机研究所)成立;空军 5703 厂(即后来的上海飞机制造厂)直接下放给上海市管辖。为配合运 10 研发,民航总局还专门调拨了1 架波音 707飞机交上海大型客机设计院使用。

1975 年 1月,运 10飞机的图纸设计基本完成。1976年制造出了第一架用于静力试验的飞机,1978年全机静力试验一次成功。1979年制造出第二架用于飞行试验的飞机,于1980年 9月首次试飞成功。此后还进行了各种科研试飞课目,先后转场北京、合肥、哈尔滨、乌鲁木齐等地,并先后 7次飞抵起降难度最大的西藏。

从性能上看,运10客舱按经济舱 178 座、混合级 124 座布置,最大起飞重量 110吨,已经达到了大型客机的标准,总体上达到了与当时波音707飞机持平的水平。平心而论,在文革干扰下,依靠中国薄弱的航空工业体系,运10飞机能达到这种水平,在当时算是成功的。

此后,运 10一直试飞到 1985 年2月。然而,完成了约一半试飞任务的时候,拨付的经费耗尽。由于经费及发展战略不清晰,运10 项目很快下马。1985年之后,中国又先后希望和美国麦道公司、欧洲空客公司合资

组装、研发飞机,但均遭遇“流产”。就这样,中国大型客机的发展被一再耽误,一耽误就是30 多年。

C919背后的特殊意义

C919客机是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机, 2006 年被列为国家16个重大专项之一,2008 年开始研制。C919中的“C”是 China 的首字母,也是中国商飞英文缩写 COMAC的首字母,其寓意将与空 客(Airbus) 及波 音(Boeing)形成“ABC”鼎立的格局。第一个“9”的寓意是天长地久,“19”代表客机最大载客量为 190 座。C919客机是建设创新型国家的标志性工程,具有完全自主知识产权。它属于150 座级别的飞机,基本型混合级布局158 座,全经济舱布局 168 座、高密度布局174 座。

C919飞机采用后掠式下单翼,大展弦比、超临界机翼,正常式尾翼;翼吊两台高涵道比涡扇发动机;前三点可收放式起落架。全机长38.9 米,翼展 35.8 米,全机高 11.95 米,主轮距 7.62 米,前主轮距 13.47 米。驾驶舱采用两人驾驶体制,配置大屏幕液晶显示器,采用侧杆操纵。飞机设计航程为 4075- 5555千米。设计经济寿命为 80000飞行小时、48000起落架次。最大起飞重量 72.5 吨,最大商载18.9吨,标准商载15吨。巡航速度0.78马赫,最大使用速度 0.82 马赫,最大飞行高度 1.2 万米,巡航高度1万米。

C919不仅具有完全自主知识产权,还具有“更安全、更经济、更舒适、更环保”等特性。由于C919 采用先进的新一代发动机,不但使得巡航燃油消耗率大大降低,而且使用成 本也较现役同类客机低10%,更加经济。此外,它大量采用复合材料,相较国外同类型飞机 80 分贝的机舱噪音,C919的噪音可望降到 60 分贝以下。

同时,新一代发动机具有低噪声、低排放的特点,通过环保的设计理念,有望将 C919飞机碳排放量较同类飞机降低 50%。在安全性上,C919 还采用了大量先进技术,例如新颖的气动布局等,使安全性得到更好保障。

C919的国产率剖析

一说到“国产客机”,不少人就会问:发动机是不是国产?“中国制造”是不是只生产了外壳?内里那么多零件都是外企制造,与20 世纪 80年代下马、国产率高达95% 的运 10客机相比,国产化率50% 多的 C919被称作“国产客机”,会不会没那么有说服力?

实事求是地讲,C919的航电系 统、液压系统、飞控系统、雷达系统、动力辅助系统,包括发动机等关键子系统都是外包的,采购诸多外国知名企业的产品。主观上,大家都希望国产大型客机的国产化率越高越好,因为这代表着中国航空技术的整体进步。但这也是目前状况下的最佳选择。主要原因如下:

首先,中国航空工业技术水平仍较为落后,不仅是发动机领域,譬如客机气象雷达、飞控系统、燃油系统、飞行记录仪、电源系统,甚至起落架和轮胎等,目前都尚未达到国际水准。其次,为确保海外市场,飞机必须拿到美国联邦航空管理局等国际机构的适航证,各个子系统都必须通过国际安全质量认证,否则无法奢谈销售规模。而自行研制子系统的时间不够,每一个子系统都需要数年的时间才能搞定。这在很大程度上使得国产化率受到限制。

至于说到是不是“国产客机”,我们可以先来看看中国高铁实现跨越

式发展的模式:第一步,引进外国车型、进口原厂零部件组装;第二步,消化吸收设计图纸,全球自主采购非原厂零部件组装;第三步,引进消化再创新,推出自主研发车型,通过合资、并购、自主研发,逐步扩大自主范围;第四步,在新一代自主研发车型上逐渐选用国产部件,培养充足的国产供应选择;第五步,在有充足国产选择的基础上,研制可以完全国产化的“中国标准高铁”型号。中国的高铁是历经十年以上的持续努力,经过以上五个步骤,才最终大功告成的。

事实上,C919的发展道路也是如此。目前,C919项目研制已经到了第三步,已迫使部分外国供应商转让技术给中国企业,或者与中国企业组成合资公司进行本地化生产和改进研制,从而使得 C919 项目的国产化率达到了50%。可以肯定的是,随着将来 C919飞机的升级改型,国产化率还会有进一步提高的空间。

作为中国向干线民航客机市场进发的第一个产品,50%的国产率其实已经不低了,毕竟不可能一口吃成胖子。

还需多久才能正式投入运营

2017年5月5日成功首飞,但这仅是 C919大型客机试飞工作的起点。一个新型号飞机的试飞通常需要经过非常漫长的周期,包括调整试飞、定型试飞以及使用试飞三个阶段。以中国商飞的支线飞机ARJ21 为例。它于 2008 年 11月成功首飞,投入运营是 2016 年 6月。其间花费了近8 年的时间才完成了正式交付前的所有工作。尽管如此,ARJ21也只获得了中国民航管理局的适航证,并未通过同 时进行的更为权威的美国联邦航空管理局的认证。

8年对于ARJ21飞机来说,耗费的时间的确过长。不过有了这次经验,中国商飞 C919 正式投入使用的周期肯定会大大缩短,乐观的说法是3-5 年,客观而言 5年时间比较合适,即 2021 年正式载客投入使用。

目前,全球和 C919 同一量级的单通道飞机需求量最大,前景很广阔。有数据显示,未来20年中国需要单通道飞机 4600 多架,全球则需要23000 多架,体量巨大。现在,C919已收获了来自数十家中国民航公司或金融租赁航空公司的570 架订单。然而,对于像 C919 这样的民航客机来讲,要投放市场,必须先取得三个证件才行。

这里的“三证”分别是向飞机设计部门颁发的型号合格证,向飞机制造厂授予的生产许可证,以及最为关键的单机适航证。这三个证件均由民航主管部门(比如中国民航管理局、美国联邦航空管理局等)来审查、颁发。前两个证书相对比较好办,最难的就是适航证。适航证相当于民航管理部门对飞机安全性的认可。C919 未来要打开国际市场,就要求它必须取得全球的权威机构——美国联邦航空管理局或欧洲航空安全局的适航认证。如果只在国内运营,则只需取得中国民航管理局的认证即可。

大国之翼振翅高飞

这几年,中国的航空工业发展速度很快。从歼 -10飞机开始,枭龙、飞豹、歼 -11、歼 -15、歼 -16、歼 -20、歼 -31、武直 -10……一个接一个的 新机型横空出世,呈现出“井喷”式的发展势头。军机方面,国产第五代战机歼 -20、歼 -31的出现,直逼美国,中美军机之间的差距显著缩短,并出现了超越俄罗斯的趋势。民机方面,尽管相对于军机发展较为缓慢,与国际先进水平相比,仍存在较大差距,存在产业规模小、产业自主发展能力不强、航空产品种类偏少、市场竞争力不强、适航能力不足等问题,但我们也要看到,2016年国产支线客机 ARJ21已经投放国内市场,国产大型客机 C919 飞上了蓝天,这表明中国民机工业已经迈上了一个新的台阶。

航空发动机方面,中国自主研发的第五代小涵道比涡扇发动机WS-15 已经取得重大突破,“离开俄制发动机中国歼 -20 无法翱翔”的日子将很快一去不复返。与此同时,为 C919 配套的国产大涵道比涡扇发动机 CJ-1000A 也正在紧锣密鼓的研制中。

此外,在飞机子系统与航空机载设备方面,电源变换器、离心式增压泵、飞机主液压泵、气压高度表、空速表、升降速度表等一大批国产机载设备成功取证,成为合格的货架产品。

现在,中国经济运行平稳,GDP保持着 6%的增长。国外内巨大的航空产业市场,对中国先进战机、大型运输机、大型轰炸机以及大型客机的研制提出了迫切需求。在高速增长的经济形势下,可以预测,未来 30年内,中国航空工业会保持目前稳步增长的势头。

(作者为同济大学航空与力学学院教授)

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