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航空专家张聚恩:谈谈航空世界格局和中国航空发展

国际金属加工网 2022年07月14日

张聚恩,卓越航空专家、中国航空学会名誉副理事长。曾参加我国多型航空装备研制生产,参与组织多轮航空科技发展战略研究与规划制定及多项目实施。本文根据张聚恩在【经观讲堂】上的发言整理。

航空发展进程与特点

诸位从事经济观察,我们从作为一种经济形态的航空产业说起。航空产业,就是研制生产和使用航空器的全部活动,它是第二和第三产业的混合形态。具体地说,航空产业涵盖航空工业、军事航空、民用航空,民用航空又分公共运输和通用航空两部分。公共运输就是民航,通用航空涵盖工业航空、农林渔业航空、环境保护与监测、航空科研与探险、航空救灾与救护、飞行训练与培训、航空体育、飞行表演、公务航空、私人航空等,中国通用航空的市场规模和欧美国家相比还十分弱小。

对于一型航空器,完成首飞只是其生命周期百里途程的第一步,按照设计预期,优质、成本可控地批量生产,并确保每一具航空器,在其生命周期中,多次重复、高可靠、高安全性地使用,这是航空工业技术的难点所在,需要基础工业的支持,包括材料、制造技术、工业软件、元器件等。

世界航空产业的发展大体经历了三个阶段,从20世纪初到二战前,为产业初创期,从20世纪40年代到1991年苏联解体,为产业扩张期,从1992年至今,为整合垄断期。

从历史沿革来看,在第一次工业革命中,热气球的发明首次实现了人类三维空间的活动。1870年开启第二次工业革命,现代航空的时代就到来了,首先是内燃机的出现,为载人可控飞行准备了动力,推动航空工程技术进入群体发展的历史阶段;而后,出现燃气涡轮发动机,喷气时代取代活塞时代。第三次工业革命在1940年开启,现代航空进入大发展阶段,航天的产业形态快速形成;包括空天动力、控制技术、空天一体技术的进步与应用,构成航空航天的新时代特征。直到现在,我不认为第三次工业革命已经结束,一些说第四次工业革命已经到来的观点,似乎有些冒进。

有几个社会变革的重大事件推动了航空产业的形成与发展,一战、二战给人类带来重大灾难,却刺激和成就了航空。例如在二战中,美国竟然给同盟国提供了28.6万多架飞机,平均一年5.7万架,※多的一年生产了9万多架飞机。这是非常惊人的产能,是空前的,也可能是绝后的,尽管当时飞机的复杂程度和作战效能与现在不可同日而语。

战争打完了,军事航空技术与生产装备,就往民用转移,称为“外溢”,两次大战后都出现了民用航空发展的黄金时期,过剩的能力引出了大容量、高可靠、低成本的跨洋航空,于是航空走进了每个人的生活。

在冷战解体后,航空的发展也没有停歇,它继续向着一种高质量、高效能的方向迈进。这跟我们原有的认识规律是不一样的。在这个周边威胁严峻的时代里,中国对军事航空的认识从来没有达到过今天这样的一个高度。
航天早就被列入高科技了,而航空的技术难度不亚于航天。航空航天有不同的难,航空是在空气中运行、发挥作用,比如气动加热,速度高了后和空气摩擦,摩擦造成机体温度急剧升高,甚至几百摄氏度,如果没有好材料,机体结构根本受不了;再比如航空器在空气中会遇到巨大阻力;还有就是,在一个很宽的高度范围里自由跨越飞行,从地表一个大气压到100千米的高度几乎没有空气,在不同的密度下,空气动力的效率、发动机的热效率、控制系统的有效性,都是可变的这都是难题。

航天除了发射时的飞出和再入时回归大气层,绝大部分时间运行在真空中。所遇到的问题和航空不同,通常会遇到轨道、姿态控制、极远距离通信、有效载荷的有效性等难题。

可以说各有各的难处,在很长时间内,对航空的发展没有引起足够的重视。这是我要跟各位呼吁的,希望大家在航空是高技术这一点上形成坚定共识。

各种各样的航空器构成一个产品体系,在原理上划分为空气静力和空气动力,分别支持轻于空气和重于空气的航空器,前者包括气球和飞艇,后者又划分为定翼航空器和动翼航空器,还有一个“其它”,涵盖导弹和火箭,因为相当数量的导弹和火箭可在大气层内运行。

航空产业的世界格局

分析和研究产业,需要引出一个概念,就是产业效应。产业效应,是一个产业对于国家或地区经济发展的贡献的定性定量相结合的表征。在这一点上航空远比航天大,一个有趣的现象是,很多航天的领军人物从政后,当上省长、省委书记,都会在当地大抓航空产业,尤其是大抓通航,这从一个侧面旁证了航空的产业效应。


英国牛津经济研究所的报告《航空:真正的互联网》提出,航空产业效应表现为直接影响、间接影响、诱导影响和战略影响。最后一个战略影响较难定量,但前三个很容易做定量计算。直接影响,是制造、维修、运营/机场建设、餐饮服务、时间效用等;间接影响,是上述过程中投入的中间产品与劳务;诱导影响,是航空产业劳动者的消费诱发的经济产品。

对于航空的产业效应,分享上面那份报告里的数据:每年运送数十亿乘客和5000万吨货物,承担了全球35%流通货物价值的运输,直接雇用了550万人,加上衍生产业雇用了1500万人;直接产值达到4250亿美元,加上衍生产业每年产值达到1.1万亿美元。

在世界格局中,美国在二战后迅速成为独特的世界强国。在冷战中,在苏联解体之前,尚有两个阵营在比拼,现在只有美国独霸了。如今的俄罗斯在规模上已经退居第六位。我们要研究和规划中国航空产业,只能拿美国作对标国,因为中国在国家资源、使命任务的规模上远超欧洲那些一个又一个的较小的单个国家;俄罗斯的衰败令人唏嘘,无可挽回,我们也不能拿其作为标杆。

自20世纪60年代以来,航空制造业成为美国保持制造业国际竞争力、维持大国地位的支柱产业,美国航空制造占GDP的2%以上,这是很厉害的。航空产品取代汽车船舶、钢铁、家电,成为对外出口的主要产品,是美国维持经常项目贸易平衡的主要工具。

中国有着巨大的航空市场,但我们过去不积极、能动地发展它,在确实需要航空装备的时候,尤其是民用飞机,都用大把的钱去买别人的。如果把民族工业发展起来,哪怕是少买一点,自己的产业能力就能逐渐培育起来,航空产业的效应就能逐步凸显。为什么不这样干呢?

这里我再说明一下航空航天产业的比值关系。在世界航空航天强国,航空航天被看作是一个整体业态,统合经营,往往没有清晰的组织划分,但就其产值,航空与航天产品的产值占比大约是8比2。

从航空制造商的世界格局看,大型客机是波音和空客两强,支线客机是巴西飞机公司和空客两强,后者于2019年收购了加拿大庞巴迪航空公司的C系列,而成为干线、支线谱系完整、干支统合的强者。这里所说的干线客机和支线客机,是大型客机的分类称呼;前者指用在从一个枢纽机场到另一个枢纽机场或大城市对大城市之间的航运,后者指承担局部地区短距离、小城市之间、大城市与小城市之间的旅客运输的飞机,多为百座之下。

公务机是赛斯纳、湾流、达索、豪客比奇、庞巴迪等;军用飞机是洛马、波音、BAE、空客集团、俄技术国家集团、莱昂纳多、诺·格、萨伯等。

大型客机的两强格局

对于业内习惯称呼的“大客”,其技术上的概念标准是300座。我国规划和推进的“大飞机”专项,包括200吨级的大运,即运20和大客C919,两个并发的项目。C919的标准为190座级,在此领域一直是波音和空客两强逞强。在很长的时期里,波音占优。但从2018年,开始发生变化,当年波音交付806架,空客交付800架。

但是从那以后,发生了出乎意料的波音737MAX空难,5个月时间发生两起空难,现在已经认定为波音产品质量问题,且是出自拙劣低级的错误,由此波音品牌的美好形象轰然倒塌,销售量急剧下滑。从2019年,空客的飞机交付量超过波音,即使疫情严重的2021年,仍然交付了611架飞机,而同年波音只交付了340架。空客连续第三年坐上头把交椅。

空客的乘势而上,实际上源于它的发展后劲。它更关注科技创新,发展历程也较晚,有后发优势。比如空客的A320neo与波音发生空难的机型737MAX是直接竞争关系,“neo”意思是新发动机选择,但A320的构型适合,相对先进,使该项目呈现优势,市场势头很好。

中国航空产业态势

根据世界驰名的两家咨询公司Aero Dynamic和TEAL GROUP在2018年联合发布的一份报告显示,全球航空航天制造业约8380亿美元,美、欧、亚占比54%、31%、15%。从国家来讲,美国首位,4084亿美元,占49%;法国第二,690亿美元,占8%;中国第三,612亿美元,占6%;以下依次为:英(488)德(462)俄(271)加(240)日(210)西(144)印(110)

该报告对中国航空产业给出了以下几点评价:专注于复制俄国军机和西方民机;在前十名中出口额※小,逆差※大;正转向生产新型飞机(Y20、J20、J31等);消耗和就业率高,产量和利润低;昂贵和冒险的工业增长模式;拥有良好资源和国家禀赋;正以第三大产业国自豪并正快速进步。大体客观。

评价中国航空产品“产量低”,这倒不符合现在的事实。除了民机,处于幼稚成长期,我们的军机生产产量正在快速提高,有些机型的产量已经是世界第一。我们的利润是不是随着产量提高也提高了呢,这个有待分析。一般说来,随着技术进步和产能提升、管理改善,成本应该是下降的,但是如果基础工业提供的元器件、原材料涨价的话,能够把成本控制在一个较为理想的水平上,维持一个合理的价格,已经难能可贵了。

评价中说“一种昂贵的冒险的工业增长模式”,显然对于我们的进步认识得不够,我们一直在进步,当然距强国还有差距。中国拥有良好的国家禀赋,包括国土、人口、经济总量、财政资源、基础工业、政策环境、执政能力等方面,当今世界能跟中国相比的只有美国,国家禀赋的有些方面我们还要更好一些,当然也有不少方面我们不如美国,比如我们的科技体制和投入产出、创新的效率、速度和质量等,还有相当大的差距。

航空强国的历史使命

需要进一步认清我们的历史使命,就是构建航空强国。在我看来,航空强国的内涵有两点,一是成为比肩美欧的航空强国,二是为国民经济发展做出更大贡献。

中国航空工业正处在历史的拐点,这个大势的判断,对于经济观察来讲是非常重要的。我们已经度过了产业的形成期,进入了产业扩张期,可以说是快速扩张期。我们的军机现在生产量很大,总体上供不应求,这种势头我估计至少会延续十数年,这是由我国的政治、军事国际形势决定的。

从国家禀赋来讲,我们和美国是一个量级的,※大的不同是我们没有全球军事存在系统。我们没有遍布全球的军事基地,也不会把各种各样的带有强烈军事性质的实验室建到多国,但是,我们国内市场人口众多,市场丰富、可细分,未来有持久、多方面、旺盛的需求,军、民航都有井喷发展的势头。而且如果我们达到一定能力后,可以在国际市场上有所作为,比如枭龙战斗机、还有预警机卖到巴基斯坦,多型无人机卖到中东等,而十多年前我们连一架预警机都不会造。
我们设想在2035年实现初步建成航空强国的目标,在2049年也就是建国百年时,完成让航空业占GDP5%的目标,成为牵引科技发展、基础工业发展和经济发展的引擎,成为名副其实的航空强国。

这个目标是完全可能实现的。单说民用航空运输,中国已经是世界航运规模第二大单一市场国了,但我们全国每三个人一年里才乘坐一次飞机,反过来看这就是巨大的发展潜力,如果每人一年坐一次飞机,那我们的客运量不就往上又翻一番,甚至翻两番了吗。而且,我们还有尚未充分开发的处女地——通航,这有可能成为新的经济增长点。

强国的内涵之二,就是以航空而强盛国家,航空的产值带动、就业带动,根据我们掌握的数据算下来,中国的航空产业的效应,至少是投资一元钱带动三元钱的产值回报,这还是保守的计算,而一个航空人的就业能带动15个相关产业的就业。

来看中国航空工业集团公司,即AVIC,在经历了两次体制调整,2008年将干线飞机和涡扇支线飞机业务剥离给新成立的总部在上海的COMAC(中国商用飞机公司),2016年又将发动机业务剥离,成立了AECC(中国航空发动机集团公司)。两次分割出去大约十万人,集团的规模还有四十万人,业务也有减少,但中航工业在《财富》世界500强中的排名仍处第140位,此前连续13年进入排名,排序不断提升。

还有陆航对直升机的需求,火箭军对空中机动平台的需求,武警部队等的维稳、反恐需求,总起来看,装备需求量很大,中航工业的成都飞机公司、沈阳飞机公司、阎良的西安飞机公司,还有哈尔滨、南昌、景德镇等,这些主机企业已经连续多年高速运转,以努力满足各军兵种的需求。

中国的民机发展,现正处在一个十分关键的历史时期。以COMAC为主,主要在干三大型号、三件大事。大型客机C919和CR929,前者是自主的干线客机,后者是和俄罗斯联合研制的290座级远程宽体客机;第三个就是ARJ21的批量生产。我们的宏伟目标是,加快发展中国的民机工业,用A+B+C取代A+B两强并列的世界格局。

C919的进展与挑战

C919试飞之后遇到了很多困难,到现在为止,※大的困难有两个:一是适航认证,二是立足于自主保障的配套问题。

首先是适航。适航的概念是从航海沿用过来的。在航空运输业造福人类的同时,航空安全问题也在持续发生,特别是大型客机的空难事故,社会冲击和伤害甚大。其中,因设计制造问题和设备故障原因造成的事故,占比很高。为了确保商业航空的安全性,提出了“航空适航性(Airworthiness)”概念。其本质是由第三者代表用户和乘客利益,去管理和约束制造商,在研发和生产过程中,在全生命周期中,都要保证你的产品具备适合航行要求的品质。

美国和欧洲是航空强国,他们有专门的管理机构,分别是美国联邦航空局FAA和欧洲航空安全局EASA,制定了各自的规章FAR和JAR世界上多国认可美欧标准,只有按美欧标准获得适航证,才可进入国际市场。否则,就不能销售到认可美欧标准的国家,甚至不允许飞进美欧国家天空。

我国的C919,最终要进入的是国际市场。因此,只能按美欧标准组织研发和生产活动,从详细设计阶段提出适航申请开始,就要接受别国的适航审查。要求飞机的每一个部件、每一项配套设备,甚至重要的原材料都要达标。这对于稚嫩的中国客机制造业,无疑是巨大的挑战。

鉴于这种情况,我们只能认真地把自己的工作做好,做到位。首先取得中国民航的适航证,进而争取美国和欧洲适航证。

第二个困难就是自主保障。发动机、机载设备和一部分材料都有问题。

大型客机的构件几何尺寸很大,对材料的性能要求很高,连同一些基础用料,尚未完全过关,以至于经常采用战略储备的方式。同时,还有一些元器件没有自主配套。现在,有了很大进展,还在细致摸排,以求进一步解决。

C919的机载设备国产化率很低,但主要原因不是造不出来,而是适航问题。我们的军机自主配套率很高,说明技术是有“底气”的。由于适航认证的要求,不得不和国际上有资质和经验的合作商,建立合资公司,提供这些设备。在C919的研发和配套中,和国外制造商建立了16家合资公司,目的主要是要迈过适航认证这一关,并在合作中提高技术质量水平。

关于发动机,从ARJ21到C919,都是使用的涡轮风扇发动机,简称“涡扇”。这里,做个小科普。涡扇发动机就是在大风扇的后边设计两个腔体,即内外两个涵道,外涵是冷空气的通道,内涵是热交换的通道。外涵道与内涵道流量之比称为涵道比。冷热两股喷流在尾喷口汇合,其反作用力推着飞机前行。运输类飞机要省油,就需要高涵道比的发动机。ARJ21是我国第一款采用涡扇发动机的支线客机。

C919用的是CFM国际公司为窄体客机研制的LEAP发动机,涵道比10。LEAP也是C919的两个竞争机型空客A320neo和波音737MAX选用的发动机。国产的替代机型是长江1000,正在研制进程中。近日网上有消息说,长江发动机已经研制完成。心情可以理解,实际并没有完成。未来为CR929、也就是中俄联合研制的290座级的宽体客机,配套的是长江2000。长江系列有清晰的研制计划,并正坚定推进,尤其是CJ1000进展良好,但还需要一段时间。

如果真到了国际上断供的地步,我觉得也不必悲观。我们的太行发动机及其改型已经取得重大进展,该型发动机推力达到了12吨以上,改进型的甚至超过13吨,能够自主保障,且产能在迅速提高。把这样一个大推力的军用发动机,经过必要改进,较快地满足运输类飞机需要,是有可能的,我们心中有数。运20就是这么干的。

顺便告知一下ARJ21的目前状况。3月13日,我和总设计师陈勇先生直接沟通,得知在那个时间点,ARJ21已累计交付了66架,飞行小时数超过14万,运送乘客数达到440万人次。现在两个多月过去了,会有更新进展,但它投入商业运行的时间毕竟不太长,维修、服务保障能力还需要加强,体系化建设需要时间与经验。

目前的国际形势,尤其是波音出现的问题,还有国家关系的极端意识形态化,在给我们造成很大压力的同时,客观上也给我们的民族工业带来了一个、我把它称之为难得的历史窗口期。波音自顾不暇,空客的财务状况也不好,他们需要权衡处理与中国航空工业的关系,我们就有可能获得一些发展的机会和空间。

虽然不能像网络上一些文章那样简单化地说“从此后外国飞机一架也不买”,但是我说的历史窗口期也带有一点这样的意味,少买一点行不行,作为一种筹码去博弈。根本的一点还是,我们要保持战略定力,把自己的技术状态保持好,把预想的设计指标、原来所说的技术优势,都实实在在地体现出来,力争迈过适航取证这个关卡。这样,中国民机制造业才会有光明的未来。

民机运营与通航前景

再来看中国民机运营市场。疫情对产业造成了一些影响,但是没有改变基本面,后疫情时代,中国民航会缓过劲来,快速恢复性发展。中国作为世界第二大的民航市场国是毫无疑问的。疫情平复后,走向超过美国的单一市场国,可以期待。

再来说说通航市场。中国航空运输协会等一些学术组织每年发布通航发展报告,我选取2020年数据,作为一个比对,因为2016年国务院下发了一个38号文,关于促进我国通用航空业发展的指导意见;其中,规划了2020年的计划目标。我们恰好可以把计划中提到的目标和实际的数据做比对。

比对的结果是,通航领域没有完成任务。国务院规定的2020年底,通用航空器要有5000具、颁证通航机场500座、当年飞行作业小时200万、产业产值规模达到1万亿的各项预定目标均未实现。

实际上,2020年末,通航航空器还不到3000具,颁证的通航机场339座,飞行小时98.4万,万亿产值目标只完成不到五分之一。巨大差距表明,我们需要在通航这块土地大力耕耘,更加辛勤地、有效率地去开发、去经营。

有一个好消息是,在疫情的三年里,我看到了无人机在通航领域发挥的极为重要的作用,我称之为一个特有的中国现象。

2021年的统计数据十分亮眼。实名登记系统注册无人机83.02万架,比2020年的52.36万架增加58.6%;无人驾驶航空企业12663家;民航局颁发的无人机驾驶员执照11.9万本;2021年全年,无人机日均飞行105.73万架次,日均飞行小时达4.57万小时;民用无人机年飞行量超1600万飞行小时,这比我国传统有人通航的飞行量高一个数量级,与运输航空飞行量相当。这是个令人欣喜的现象。需要分析这一现象,并对无人机在通航中的表现,进行更权威的计量,并纳入目前的通航统计数据之中。

全社会共同关注与推动航空

全社会都应该关注和以各种方式积极参与航空业发展。特别是要关心航空发动机。

全球能造飞机的国家和地区很多,但能造发动机的寥寥无几。世界航空发动机的格局就是五个常任理事国,其中俄罗斯只能算半个,因为它在民用航空发动机世界市场几乎无份额。

对我们中国的航发事业,要看到进步,抱有信心。从整机研制的1956年算起,到现在已经60多年了。我们的发动机科研生产体系基本建成了。从数量上看,军用航空装备的90%配套发动机是自主保障的。我在前面还提到了,以太行为代表的大推力涡扇发动机,我们在事实上已经基本解决。

现在,我国航空事业需要建树两个发展理念,第一是,迎接挑战,抓住机遇,丢掉幻想,自立自强;第二是,切实重视航发,补上短板,※大程度地激发航空的产业效应。我们谋求建立的新发展格局,也是奋斗目标,应该是三点,第一点是,在内外两个循环中,优先建立航空大协作、大配套的国内大市场;第二点是,民机三分天下居其一;第三点是航发五强鼎立居其一,让弱项早日强起来。

我们需要动员全社会力量,突破天花板,具体为16个字,满足订货、提升产能、优质配套、成本可控。前提则是突破瓶颈,现在看来,虽有巨大进步,但在高端装备、更大推力和高涵道比发动机、芯片、高性能材料,还有一些基础材料等方面,还有瓶颈,需要下大力气突破。

所以,在和一些民营企业家和金融家讨论时,我也给出了一些进入航空的实操建议,也就是民间资本进入航空的“专精特新”。建议他们,进入通用航空的基础建设和运营作业;可以进入航空器的整机制造,但不涉入大飞机,不涉入军机整机,因为门槛太高;可以涉入直升机,直升机的军民融合特征明显,技术门槛相对较低。

可以从事中小型飞机、作业用直升机和工业级无人机、军事或特殊用途无人机。发动机领域,不要干大发,也是因门槛太高,但可以干中小型发动机整机。还有,覆盖所有品种发动机的关键、重点、特殊部件等的高效专业化制造。再有,就是系统和设备制造。包括各式传感器、增强现实/虚拟现实的特殊设备与航空器上各种配套分系统、设备、载具和装具等。

在制造专业化方面,现在江苏、浙江等地,陆续出现了一批很强的、发展非常快的、为飞机直接提供构件的的材料制造一体化的企业,形势喜人。喷气发动机的“一盘两片” 也属于这样的一类技术,是高难度的,民企也有涉足与突破。还有增材制造技术,也就是3D打印,很适合加工一些特殊形态的部件、尤其是发动机上的这样一些零部件的研发与制造,从基础材料到制造设备,都有需求。还可以关注航空训练和教育培训。总之,航空的市场在各个层面上都有,就看能不能抓住。

我就讲这么多。最后回到我的题目:蓝天飞梦,矢志强国。愿与大家一起,来迎接中国航空事业的大发展。

(经观讲堂)

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