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版主:黑木崖
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野心與夢想:國產大飛機浮沉五十年 zt
送交者:  2023年03月09日23:59:45 於 [世界軍事論壇] 發送悄悄話

野心與夢想:國產大飛機浮沉五十年

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1999年10月3日一大早,一架通體灰色,還沒來得及噴漆的150座客機從上海寶山的大場機場緩緩升空,飛機上只有三名乘客,當過空軍一號駕駛員的美國人別林斯,波音駐北京代表處的飛行顧問羅伯特·約翰遜,還有一位中國觀察員。

飛機升空後迅速爬升至1.1萬米,沿着東海岸一路向北,飛到靠近山東半島時又調頭折返,原路返回大場機場。第二天,提前擬好的新聞通稿登上了各個地方日報的重要版面:中美合作MD-90飛機在滬首飛成功。

1984年,上海汽車和德國大眾的合資公司落地,技術換市場的桑塔納模式登場,這啟發了在運-10項目上進展緩慢的中國航空業。航空工業部與美國麥道公司合作,引進了當時麥道的MD-82飛機產線,希望在民航業復刻桑塔納的路徑。

從80年代中期到90年代中期,中美合作一共組裝了35架MD-82/83飛機。以此為基礎,1992年,航空部又與麥道簽定了合作生產40架MD-90的合同,口徑也從“中國組裝”變成了“聯合研發”。

MD-90是當時技術上相對先進的民航機型之一,中國航空工業的精銳力量悉數參與,上航、西飛、沈飛、成飛各自承擔了不同的零件和裝配任務。

1999年10月,MD-90在上海總裝完成後,首次試飛成功,原本的國產化率目標是70%,完工時達到了90%。2000年2月24日,第二架MD-90在現場的鮮花與掌聲中圓滿試飛。

然而,伴隨着MD-90的升空,中國國產大飛機的夢想卻一頭扎進谷底。

1997年,波音兼併了財務狀況不佳的麥道,麥道生產線隨即被關閉。隨後,民航總局提出:國內MD90飛機與波音同步停產。

時值第一架MD90在上海進入總裝關鍵時刻,中國方面已經按20架飛機的需求採購了設備和材料,正在總裝的兩架MD-90原本應是起航,結果成了絕唱。

2000年,第二架MD-90試飛成功的同時,數千名工程師正在附近的上海飛機製造廠里,忙着銷毀和MD-90有關的一切材料。按照波音的要求,四個飛機製造廠共近5萬個圖號的圖紙,85噸的技術資料,700萬字的功能試驗文件,860萬字的工藝標準必須清空。

經歷了運-10的跌宕,MD-82/83的蜜月,中國航空工業為之付出了無數人力物力的大飛機,頓時陷入了迷茫。

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MD-90客機

在大飛機驗證飛行之前,中國民航飛機製造的歷史已經踽踽獨行了接近半個世紀之久。外資工廠、院所教授、政府官員、海歸精英、資本掮客等一大批人物逐一登上歷史舞台。這段錯綜複雜的歷史大致可以分成三個階段:

堅強萌芽(1970-1986年):運十計劃,以首長專機為目標的高成本製造,商業化意識幾乎為零;

混亂年代(1978-2000年):外資企業麥道登場與中國聯合研發組裝,象徵着技術換市場的徹底失敗;

全面對決(2008-如今):C919大飛機登場,核心零件外采+自主組裝模式出現,市場化路線成為階段主導。

如果說芯片是工業和科技的皇冠,那麼大飛機就是皇冠上那顆最顯眼的明珠,其重要性遠遠超過了對GDP貢獻的那一行數字。

歷史的教訓

上世紀90年代,航空部制定了民航飛機製造三步走戰略:第一步國外提供技術和設備,中國負責裝配;第二步中外合作研製100座級飛機;第三步是自行設計、製造180座級飛機。

在這個宏偉藍圖之下,找到一家手握核心技術、設備,並同時渴求中國市場的合作方是最基礎的一步。

彼時,曾經睥睨軍用機市場的麥道,轉型民用機後,也在波音和空客的夾擊下有些走投無路,有意通過中國市場挽回頹勢。

1984年起,雙方一拍即合,快速上馬了MD82/83飛機的組裝合作。合作期間內,中國方面一共裝配出了35架MD-82/83,雙方合作一切順利。

在此基礎上,航空部與麥道又在1992年簽訂了合作生產40架(後改為20架)更新型號的MD-90合同。

1997年,MD-90項目全面展開。與前期中國只能進行簡單組裝的MD82/83項目不同的是,MD-90項目中,麥道只給圖紙和原材料,零件製造到總裝試飛全都由中國完成,中方需要經手的零件從2000多項猛增到40000項。

中國企業作為飛機幹線主製造商、零部件製造商的系統管理能力、總裝能力、工藝文件、工藝裝備等等能力,也在這期間得到了充分肯定。

沒想到的是,一切都按照最初計劃完美實現之時,“老朋友”麥道,在這一年的元旦,給中國人送上了一份大禮

1997年年初,第三次石油危機的餘波,加速了虧損二十多年的麥道被波音合併。而與波音原本產品系列有衝突的MD-90項目,也被波音要求不再繼續投入資源。

然而此時,中國方面已經按照5-10架的生產計劃準備了對應的設備、人員和管理系統,無論是生產2架還是200架,這些成本都是固定的。而且,麥道提供的原材料和生產設備還在源源不斷運抵上海。

於是,一片錯愕中,國產MD-90完成了兩次完美試飛。然後就被長期停放在大場機場的試飛站,無人認領。

與美國人的麥道項目流產航空部在1997年再次將希望寄托在了歐洲空客身上。

當時,100座級飛機是民航飛機中的一個真空地帶,同樣垂涎中國市場的空客拋出橄欖枝,願意為中國市場打造一款108座的AE-100,由中國製造組裝。

隨後,中航工業總公司和空客簽署了AE-100項目的框架協議。作為“回禮”,中國從空客採購了30架A320系列飛機。

正當中航宣布成立AE-100飛機項目西安現場指揮部,準備摩拳擦掌、大幹一場時,空客卻開始頻頻發難:

先是以中方能力有限,控股困難為由,提出超過10億美元的巨額技術轉讓費,後又開始在國際輿論上造勢,稱“100座級別的民用客機沒有足夠的市場,經濟上不可行”。

可笑的是,對外宣布與中方合作的AE-100項目終止後,僅僅四天,空客就高調宣布了其自行研製的107座的支線飛機A318,設計概念與AE-100完全相同,堪稱“借屍還魂”。

於是,這場與空客的合作,以一種飛機製造全落空,採購訂單先送出去的詭異方式無疾而終。

90年代提出的三步走,實際上只走出了第一步。

組裝的價值

接連被美國人與歐洲人擺了一道之後,中國航空業確定了新的思路,一是不再寄望於海外的技術轉移,二是先集中精力攻克更低技術難度的支線飛機,為自主研發大飛機探路。

2002年9月,70座~90座的ARJ21支線飛機研製立項時值“9·11”之後的全球航空業蕭條,ARJ21在這個背景中上馬,可謂踩中了航空工業最後的機遇,美國《航空周刊》當時評價說:

如果40年後中國在全球航空業發展成為一個競爭力強的對手,那麼我們應該說,他們是從ARJ21-700飛機開始的。

2007年,首架ARJ21-700飛機在上海總裝下線,一年後成功完成首飛。有了支線飛機的研製經驗,國產幹線飛機項目也很快提上了日程——也就是C919。

不過,即便有ARJ21作為基礎,C919從2008年立項到2015年總裝下線,依然花費了近十年時間。2017年,C919在上海首飛成功,濃縮了中國民航工業近半個世紀的浮沉跌宕。

2022年12月,拿到國內適航證件的C919正式交付了第一架飛機,這意味着100小時驗證飛行階段完成後,國內乘客就可以乘坐C919了。

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C919

從2017年試飛到2022年交付,恰好是中美貿易摩擦不斷,半導體產業薄弱環節充分暴露的時期。風光無限的C919,也被波及成了輿論里的靶子。畢竟號稱國產大飛機,國產卻只體現在輪胎、隔音棉、地板內飾,發動機和關鍵機載設備卻是清一色的進口。

尤其在發動機領域,迄今仍被美國通用、美國普惠、英國羅爾斯·羅伊斯(勞斯萊斯)和法國賽峰排列組合出的6家歐美合資公司所牢牢把控。

比如C919現在使用的LEAP-1C發動機,就來自通用電氣和法國賽峰的合資公司CFM。

甚至出於商業競爭目的,CFM給C919定製了一個丐中丐版:重量和長度都比波音的B型發動機增加了40%以上,推重比太差,導致C919的航程只有4000-5500公里,而波音737MAX的航程有6000-7000公里,極大降低了國際航線的競爭力。

爭議也因此甚囂塵上:核心零部件大多進口而來,到底能不能叫自主研發?

實際上,飛機能組裝成功,就已經是一種頂級製造能力。

飛機製造本質上考驗的是對幾十萬零部件進行選型、協調、管理的“系統集成能力”,以及整體設計規劃和精密控制的水平。

做消費電子,把CPU內存硬盤等零部件往主板上一插,就是台能用的電腦;但造飛機,把發動機買回來裝進飛機殼裡——這玩意它飛不起來。

1994年6月6日,西北航空一架飛機在飛行過程中解體,原因就是減震交換平台後面的傾斜阻尼插頭和航向阻尼插頭錯插了[1]。

ARJ21研製過程中,燃油箱的放油切斷閥與輔助動力系統(APU)供油切斷閥一開始被相鄰安裝,間距不足8厘米,但兩者連接器型號和規格都是相同的,就存在插錯的風險[1]。而一個飛機中,這樣細碎的零部件,足足有幾十萬個。

與此同時,組裝好之後,還要做到“完全”不出錯。舉例來說,商用飛機有一個10(-9)標準,可以簡單理解為,假如每周往返北京上海一次,軍用飛機的安全性設計標準是20年發生一次機毀人亡事故,商用飛機則是2000年發生一次,目前,商用飛機技術水平實際能夠達到的標準,是6000年發生一次[1]。

C919有幾十萬個集成模塊,將這些零部件無縫對接,哪怕每個都是99.99999%的準確率,累積起來的正確程度可能也就只有90%。

把發動機、航電、飛控、液壓等系統集成起來,製造一架達到適航標準的大型客機,其難度絕不是CCTV科教頻道里“大爺自購零部件徒手組裝飛機”能夠比擬。

最重要的是,飛機組裝也意味着零部件的自主採購權,帶動的是整個產業鏈的進步。和消費電子不一樣,“拼起來的飛機”本質上是一個供應鏈平台。

ARJ21立項時,由於全球範圍內新飛機項目很少,通用電氣為了拿到發動機訂單,在競標時的報價非常低,並且主動推動國內的製造商合作生產。但到了C919研製階段,一些發動機零部件就已經能在中國生產了。

這其實也是決策者當時的預設。經歷了MD-90折戟,無論是財政的投入力度,還是市場主體能夠調動的資源,在當時從零開始研發大飛機無異於天方夜譚。在這種背景下,決策層制定了一個新的三步走策略:

第一階段,先主攻支線客機,取得FAA的適航證,力求具備市場競爭力。

第二階段,量產支線客機的同時,啟動國產大飛機的研發,核心部件暫時從國際採購。

第三階段,同時自主研發發動機、機載系統,實現國產化,最終形成完整民航飛機產業鏈。

這三個階段中最難的恰恰是第二階段。原因在於波音和空客的核心能力同樣體現在於系統集成,波音787的國產化率只有35%,而空客的供應商分布在全球27個國家。用波音副總裁卡羅琳·科維的話來說:

“如果買來零部件就能輕而易舉地組裝飛機,世界上就不止波音、空客兩大飛機製造商了。”

技術or商業

當然也有人質疑,軍用飛機我們都能做到核心零部件自研了,為什麼在民用市場還要繼續給外國人送錢?

一個反直覺的事實是,做民航飛機的難度,實際上比軍用戰鬥機的難度還要更高

比如在安全性指標中,交通運輸部規定民用航發的空中停車率為0.002-0.005次/1000小時,而軍品約為0.2次/1000小時,相差百倍。加之民航對發動機還有油耗、成本等綜合考量,實際上發展難度更大。

長達幾十年的探索期內,中國航空工業面對的挑戰除了技術,還有商業層面的平衡難度。

和高鐵以及軍用產品不同,民航是一個市場化程度極高的行業,就算各大航司有意使用國產,也需要先考慮自己兜里的預算究竟還有多少

與麥道合作MD-90時,原定生產150架飛機,全部由中方認購,但民航即使勒緊褲腰帶,能購買的理論上限也只有25架。

於是,1994年,中國方面和麥道重新協商,商定向麥道採購20架,合作生產20架,中國以學技術為主。由於虧損嚴重,當時每架飛機還需要財政補貼800萬美元[11]。

然而,由於中國還在技術爬坡,實際製造成本比預計的量產成本還要更高,民航只同意預訂美國生產的20架和自己造的5架。以至於其餘15架國產在規劃中的MD-90遲遲沒有找到原意預訂的買家[11]。

後來波音關停產線,預計生產20架的MD-90,實際拿到適航證的只剩2架,就這也沒能找到買主,理由依然是成本太高,航司“不可能專門為這兩架飛機配置技術維修隊伍[12]”。

而在具體的設計和製造環節,即使各項技術指標做到全優,民航客機的買主往往還要考量油耗和以及實際的航線規劃等問題

民航工業史發展到今天,不乏技術上成功,但商業上失敗的案例。2007年,空客推出了全面超越波音747的寬體客機A380,載客量迄今全球最高,航程也接近民航業最高水平,被奉為空客的“家族明星”,項目之初,業界一度預測A380能賣出1000架以上。

然而,這樣一架明星產品卻在短短14年後停產,老款的波音747卻翱翔了半個多世紀。

A380失敗的本質在於空客對航空市場的錯誤預期。超大客容量、超遠程航線的飛機只適合在重要的國際樞紐間往返。在波音747流行的年代,二三線城市的旅客得去北京上海等一線城市的國際機場,才能飛到歐美國家大都市。

在這個背景下,500以上座位的飛機,理論上市場想象力是很大的。

但問題是,航空公司出於對上座率的擔心,實際做法是增加中小航班班頻次,通過中轉承接二三線機場的乘客,而不是使用更大容積的飛機實現一站到底。

相應的,對大承載量飛機的需求自然就減少了,全球各大航司接連取消A380訂單,第一大客戶阿聯酋航空直接砍單30架。

平均來說,一架飛機至少要賣出420架才能回本,A380最終的成績是251架。

這也就回答了“為什麼不能把軍用發動機放到民航”這個問題。和半導體產業有點類似——造一塊紙面性能強勁的芯片並不難,但難的是有願意適配的下游終端產品、圍繞在硬件周圍龐大的軟件開發者,以及最終為研發成本買單的消費者。

這裡面,市場是關鍵詞。

與此同時,航空發動機是個典型的漸進式創新門類,儘管中國在軍用航發領域的研發經驗長達70年。但對民航發動機的研究,從某種意義上來說是從大飛機立項後才開始的,和歐美相差了半個世紀[5]。

對國產大飛機而言,發動機是又窄又險的獨木橋,交付數量是繞不開的里程碑,兩者都是必答題。

尾聲

波音747項目的總工程師喬·薩特寫過一本《未了的傳奇》,記錄了波音747從立項、研製、試飛直至交付客戶的整個過程中許多鮮為人知的故事。

1980年,喬·薩特和一眾波音高管來到中國,參觀了模仿波音707設計生產的運-10飛機,喬·薩特在書中寫道:

“當時有超過50個中國的工程師和政府官員陪同我們一起參觀。我觀察飛機,他們則好奇地看着我的一切動作,圍在我身邊,我盯着飛機的機身、機翼和起落架看的時候,我看哪兒他們也看哪兒。

當我告訴他們我覺得運-10看起來是一款好飛機的時候,他們如釋重負。我感覺自己就像一個正在檢閱部隊的將軍。”

航空工業之所以重要,在於其強大的外溢效應。在波音分包項目里吃盡甜頭的日本人,曾對500項技術擴散案例做了研究,發現60%的技術來源於航空工業

如果將民用船舶業對產業拉動以1元計算,那麼家電為45元,汽車為80元,而大型客機為800元。

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而它的複雜性在於,每一點的進步都依賴精密的設計與大量審查和驗證,以及在市場中換來的商業競爭力。

波音的767分包訂單幾乎以一己之力帶動了日本高端機床的成功,時至今日,787機體和機翼部分的幾乎全部生產都在日本進行,但日本的MRJ支線客機項目在經歷頻繁的超支和超期後,依然胎死腹中。

對中國而言,無論是大飛機的產業鏈,還是高端製造業的全球競爭力,依然是一門尚未結業的大考。


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