C929国产宽体客机，“单干”有多难
www.163.com 2023-11-28 17:37
出品|网易新闻
导语：近日，中国商飞副总经理戚学锋表示，C929宽体客机已进入详细设计阶段。C929项目让中国商飞成为继美国波音、欧洲空客的第三个宽体客机“大玩家”，C929这个中国的梦想之翼，将如何搅动目前的国际民航工业格局?
C929远程双通道宽体客机
一、C929“宽在哪”
客机仅凭客舱的通道实现了飞机“大、小”的定义。C929宽体客机即双通道，C919窄体客机则被称为单通道。
C919是中国首款自主研制的中短程窄体客机，2008年启动研制，2017年首飞，2023年5月完成商业首航，与波音737、空客A320相似。这类飞机负责3000-4000km航程的短途飞行。
C919和C929对比
而机身直径超过五米的飞机均需采用了双通道设计，相较窄体客机，宽体客机拥有更大的机身筒体直径，赋予了其内部更多油箱空间，因此宽体客机不但拥有庞大的载客量，且能飞行更远距离。
C929内部布局示意图
宽体客机是目前洲际航行的唯一方案，目前正在生产的包括波音787、777、空客A330、A350XWB，空客与波音采取错位竞争策略，以领先的技术、成熟的产品垄断了全球的宽体客机市场。
据国际民航组织预测，至2030年，客机需求中的90%多为200-350座位。届时，全世界宽体飞机的需求量将近8000架，其主要销售地是欧洲和亚太地区。而在亚太地区，中国的销售量将占一半。
C919\C929与国外机型对比
然而，C929的出现将逐渐动摇这样的格局。根据中国商飞透露，C929采用两台大涵道比涡扇发动机，基准航程为12000千米，从上海起飞可达南极洲，标准分布下载客量为280人，经济舱采用主流的“3-3-3”布局，属于远程中型宽体客机，从定位上几乎与波音787“贴身肉搏”，瞄准了“点对点”的远程直达航班。
在未来，更宽大的C929、C939这样的宽体飞机有更广阔的用途。
二、为何与俄罗斯“分道扬镳”
商飞的宽体机项目初始规划中俄合作研发CR929，C代表中国，R代表俄罗斯。然而近年来，公开的中国商飞宽体客机项目已经被更名为C929。决定“单干”我国主要是基于商业因素和技术因素综合作用的结果，在与俄方对“大飞机”的定义有所不同。
完成首飞的伊尔-96-400M
11月，俄罗斯伊尔-96-400M四发客机试飞成功，IL-96已是前苏联/俄罗斯最好的宽体机平台,定位上与C929类似，尤其是替代了过去的美制发动机，但IL-96已是近30年前的设计，机身为普通半硬壳式轻铝合金圆形截面结构,本质上仍然是老旧平台的改进。
我国的市场和技术需求明显与俄方有很大差异。一方面C929即使在诞生初期就需要在国内与世界上最省油的客机竞争，需要做到在飞机经济性、可靠性等主要指标不落下风;
另一方面，我国仍有必要展开与国际子系统供应商的合作，尤其是航发巨头美国通用电气和英国罗尔斯·罗伊斯，除去我国自研的35吨级别发动机CJ-2000外，这两个为波音787提供动力的公司同样有望成为C929的发动机供应商，分别供应GE-nx和Trent-900/1000(亦或是研发中的UltraFans)。
罗尔斯·罗伊斯的Trent系列发动机
发动机的数量不同背后体现了诸多因素。由于制裁原因，俄方在发动机领域并无国际合作空间，目前也没有成熟的35吨级民用发动机，因此俄罗斯选择了快速修改四发平台，牺牲了对俄罗斯而言无关紧要的燃油经济性。
经过多年为波音和空客的代工，中航及商飞在机身制造能力上更强，我国则需要首先保证客机的技术先进性，积极展开关键部件的国际合作，这将体现在客机的运营成本上，因此将采取最主流、最省油的双发方案。
三、复合材料重塑宽体客机
根据C929项目总师透露，C929将采用50%以上的碳纤维复合材料和15%的钛合金。显著超越了主流窄体客机的10%左右(C919为12%)。作为对比，波音787和空客A350XWB的用量分别为50%和52%。
俄方研发的CR929复合材料原型机翼
客机最重要的莫过于极端的经济性，更省油的客机也有利于飞行更远的航程，从而开辟更多的航线，才能给航空公司带来更高的收益。复合材料对于宽体客机的重塑，就可以从这两方面展开。
1)“弯刀”梦想之翼
原计划俄方研发机翼，中方研发机身。
展弦比与飞行器的性能密切关联，大展弦比表明机翼比较长且窄，能够带来较小的诱导阻力，适合长时间飞行。
展弦比示意图
鸟类翅膀能更好地提升飞机的效率，主要体现在持续增加客机的展弦比。然而航空铝合金的自重和强度使其无法继续承受机翼的加长(最大展弦比约为8)，唯有强度更高的复合材料能够将展弦比提升到11，并在其中安置尽可能大的机翼油箱增加航程，这对制造机翼的材料强度和耐久度提出了更高的要求，同样将在C929上得到体现。而C929应用的斜切式翼梢小翼，既能减少涡流又能延伸展弦比，可视为机翼的一部分。
宽体客机气动标模CHN-T2总体布局
2)“减重”是飞行器设计永恒的课题
约70%的减重效果由材料技术的进步而产生，其余30%则通过设计优化产生，因此飞机材料的轻量化对于结构减重尤为重要。
受升力翘起的机翼也是模仿鸟类的成果
中国商飞在设计阶段就提出了飞机全寿命降低碳排放60%的要求，这其中既包括出色的运营效率，让飞机更耐用也极其关键。飞机在飞行时需要对客舱不断地加压，久而久之造成了材料疲劳。
得益于我国近年来进步迅速的碳纤维产业，相关院所在2018年就已经突破了飞机全尺寸复合材料机身壁板工艺(能够满足复合材料混用需求)，并有望进一步掌握碳纤维机身一体化成型技术，获得超越传统材料的使用寿命。
四、新入场C929的进阶路不好走
在国际客机市场中，C919客机在技术上只能算是一个初学者。宽体客机堪称人类批量制造的最大工业品，涉及的产业链极为深远。
根据商飞的研究报告，未来二十年，中国市场将接收双通道喷气客机1250架，价值3800亿美元。基于中国自己的需求及时独立自主研发宽体干线客机，将节省引进客机的外汇消耗，减少对国外的依赖。
通常来说，宽体飞机的价格并非动辄三四亿美元的“目录价格”，而是在“目录价格”上给出巨大的折扣。经过大幅优惠后，其利润率已然不高。然而，在飞机出售后长达数十年的养护才是获得超额回报的过程。
短期完全依赖欧美大飞机进口肯定比独自研发划算，但是也必须受限于飞机后期的技术支持和升级，航空工业对于国家而言属于战略产业。例如在俄罗斯的“大飞机项目”就吃过很多亏，上世纪90年代伊尔96“西方化”在波音的强大压力下胎死腹中，在后期还要忍受采购波音737征收的高额附加税。
波音787各零部件的全球供应商
过去3年受疫情影响，波音、空客订单积压,干线客机全球积压订单已经超过了1.4万架：目前订购一架飞机需要等待至少三年才能“提货”，给机需要等待至少三年才能“提货”，给航空公司的决策带来了困难，而维修备件的供应更不确定，一架飞机由数百万零件组成，充分考验着民航工业的供应链稳定性，任何一个环节的纰漏都可能造成交付延误。
面对中国“大飞机搅局”，波音、空客巨头的手中还有一张王牌，那就是美欧市场的发动机环保评定，即是否符合欧美的噪音、环保等要求，这使C929客机装备国产发动机进入欧美市场的可能性几乎为零，如果波音、空客向世界三大动力公司施压，仅仅在机载动力这一个方面，中国的C929宽体大型客机与欧美就有一场艰苦卓绝持久战要打。
结语：宽体客机相当程度上代表了航空的最高技术水准，在经历了从运-10到ARJ21，从C919到C929的不断探索和突破，展现了中国航空工业的雄心和实力。
参考文献：
[1] 新华网. 中国商飞的C929宽体客机进入详细设计阶段.2023-11
[2] 澎湃新闻. 推力35吨，CJ-2000发动机验证机试车，国产宽体机未来就用它.2020-12
[3] 中国新闻网. 伊尔-96-400M远程宽体客机首飞成功.2023-11
[4] 中国复合材料工业协会.复合材料是如何让空客A350成为“规则制定者”?2023-4
[5] 中国航空新闻网. 空客启动“超性能机翼”飞行测试项目.2023-11
[6]宽体客机气动标模CHN-T2设计，doi:10.7638/kqdlxxb-2023.0026
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