大飛機是中國和西方競爭的新戰場__ C919 ,運20噴氣式大型運輸機和ARJ21
2017-07-12 寧南山 知識自動化

航空器是中國進口的十大工業制品之一，2016年我們花費了203億美元購買國外的航空器，前不久C919大型客機首飛成功，中國終于又進入了一項從未進入的新領域。在和西方的全面產業競爭中，中國在不斷的開辟新的戰場。

航空工業是高科技，是典型的白人霸權工業

為了建造自己的大型客機，中國專門成立了中國商用飛機有限責任公司，對中國來說，造出一架能夠運送人的大型飛機并不難，例如我們已經在4年前的2013年首飛的運20噴氣式大型運輸機，起飛重量220噸，對比下C919，起飛重量只有72.5噸，運20的各種子系統都是國產（發動機用的毛子貨，后續會換裝國產）。

運20比C919大的多。但是民用和軍用完全不一樣，軍用是考慮戰斗力，要保證可靠供應；民用是要考慮經濟性，航空公司買你的飛機要容易賺錢，人坐在機艙里面要舒服。

所以搞民用飛機，我們要老老實實向西方學習，當然我們不只是想造出一個大型飛行系統這么簡單，以中國人內心的野心和中國的特殊輿論環境，是必須要每個部件都自己造的，中國政府主導和國外成立了16家合資公司，涵蓋了大部分飛機核心零部件。大飛機核心的航電系統，飛控系統，燃油系統，起落架等等，基本都是合資公司研制。發動機則是外購，我們只是做發動機和飛機一體化設計。

圖1 雙方領導為GCAT人才頒發結業證書

值得注意的是，這16家航空系統供應商全部都是歐洲和美國的公司，如果我們查看中國商飛所有的48家一級供應商，17家中國本土公司，23家外資或者合資公司，除去1家做客艙乘客廣播和顯示屏等系統的日本松下航電，其他供應商全部是歐美公司。

這也反映出，航空工業是典型的白人霸權工業。亞洲人雖然在電子工業領域可以說能與歐美半分天下（雖然核心的操作系統和芯片西方還是絕對優勢），但在汽車，航天，航空，醫療制藥這些領域還是與西方差距很遠。以汽車為例，人們印象中奔馳，寶馬，奧迪，保時捷，蘭博基尼，法拉利還是比亞洲品牌高出一截。

航空工業更是白人高度壟斷的產業，亞洲只能作為某些零部件和原材料的供應商。

大型民航客機有上百萬個接口，韓國和印度沒有制造民航客機的能力，隔壁的日本從2003年開始搞支線客機MRJ，在美國人提供發動機，提供各項適航體系指導，扶持了十幾年的情況下，商用時間還要推遲到2020年。研發MRJ的三菱重工，2014年統計團隊有10%的歐美研發人員，由于技術原因進度一再推遲后，今年（2017年）準備將研發人員中歐美人員比例提高到30%。

我們需要自豪的是，中國不僅是亞洲唯一已經將支線民航客機（ARJ21）商用的國家，而且現在是亞洲唯一一個在研發和推進大型民航客機的國家。從這點就可以看出，大型民航客機是不折不扣的高科技。

有錢才能造大飛機

今天C919首飛了，中國網絡上關于三十年前下馬大型客機運10的爭論，到今天仍然在繼續。

圖2 運10下馬

正方說，當年運10是絕大部分自主研發，通過項目極大的提升了中國的飛機制造和設計能力，鍛煉了一批隊伍，成長出來了一批工程師，不應該下馬。
反方說，什么自主研發，發動機之類還不是進口的，以中國當時的工業能力，只能造出一架沒有商業競爭力，耗油量高，維護費用高的飛機，同樣的發動機，運十的航程只有波音707的一半多點，這種在商業上不成功的飛機，只能讓當時本來就沒多少業務量的中國航空公司造成極大負擔。

正方說，不能這么短視，沒有任何新技術新裝備是一開始就很有競爭力的，隨著時間的發展必然技術能力會很快提高，燃油經濟性也會逐漸提升。
反方說，當時中國剛經歷文革，本來科研經費就有限，不賺錢的大飛機擠占了有限的科研經費，必然會擠壓其他戰略項目的投入，看問題要從全局考慮，中國落后的不只有大飛機，當時的國民經濟條件，急需的也不是大飛機，例如確定急需的運8 就沒有下馬。

正方說，下馬運十導致研發隊伍全部解散，研發圖紙封存甚至丟失，生產線全部關閉，直接造成之后的二十年只能耗巨資買麥道，波音，空客，造成的損失更大……

反方說，當時中國的經濟實力根本沒有那么多錢讓你燒到一直盈利，反而極大可能影響到急需資金的其他戰略產業發展。
其實沒有必要爭論，當年運十下馬，核心的原因還是國家缺錢，自力更生搞研發是毫無疑問正確的，但是自力更生也是要付出高昂代價的。2001年-2016年，國家光是在京東方身上就投了1200億人民幣，而這16年京東方累計盈利才44億人民幣，從前幾年開始才真正開始規模盈利，十幾年的持續燒錢投入不是窮國能夠負擔的，沒錢就不要玩高科技，你玩不起。

運十的下馬非常可惜，但是我們要認識到爭論背后的核心，爭論的背后本質上是因為中國沒錢，運十的總計投入為5.377億人民幣，如果當時的中國是個富國，那么結局可能就會完全不一樣。 能造有競爭力的大型民航客機的，美國一個，歐洲一個，中國一個，發現什么規律了嗎，GDP總量都在十萬億美元以上，人口規模都在三億人以上。

圖3 2017年公布的2015年各國GDP占比
來源：銀行報告

日本現在是技術能力不行，先把MRJ支線飛機的研發解決了才有資格談大飛機。俄羅斯有造大型民航客機的技術嗎，當然有，可是他缺錢，以俄羅斯的技術能力，造一架能用的大型民航客機肯定沒有問題。

俄羅斯從2002年開始研制中程大型客機MC21，2016年下線，到今天還沒有首飛，大型民航客機要想出口是非常困難的，從MC21的設計來看，設計的是180-220座，針對的就是俄羅斯國內市場和前蘇聯老舊客機市場，而不是像C919一樣設計成國際主流的150座，直接和空客波音競爭。

俄羅斯很清楚，自己的國力沒有支撐MC21進攻市場的能力，MC21的子系統幾乎全部從西方采購，俄羅斯根本沒有財力建立起支撐MC21的龐大零部件產業鏈。能夠做一架系統集成的飛機保證國內和前蘇聯市場供應，保證自己的飛機系統設計能力不中斷就是極限了。

如果想像中國，歐洲，美國那樣搞競爭，那么必須要投巨資建立自己的核心零部件研發制造能力，在市場盈利之前，必然會有大量的投入和持續的虧損，先不說俄羅斯有沒有承受這個長年虧損的能力，就算有，以俄羅斯現在的財力，必然會面對當年中國國內對運十的那種爭論，一個國家要是缺錢，就是會有這些問題產生。

而中國就無所謂了，為什么我們C919國產化率就做到50%，難道國家不知道國產化率越高意味著投入的企業數量越多，投入的資金金額越大嗎？ 沒人擔心是否能收回成本？

這就是我國有錢的優勢，龐大的國內市場本身就養得起你，才剛剛首飛的C919就有570架訂單，還別說有一個非常有錢的國家在背后撐腰，一個典型的例子是，中國商飛2008年就成立了，到現在都9年了，國家可是純投入，ARJ21到現在也才商用了一兩架。

中國投入的可不只是商飛，還有中航工業等大量國內供應商，全部都在投錢搞子系統研發，C919要到商用到盈利估計還要5年10年，可是無所謂，天朝有錢，老子有的是錢，我砸幾千億下去就是要把高科技搞出來。

圖4 C919首飛

根據中國商飛官網，2016年商飛員工已經超過了1萬人，光是養這個一萬人的隊伍，其中不乏高級專家，一年工資，社保，住房公積金，宿舍，食堂支出就得10億以上。中國商飛的200多家國內企業供應商，無一不在投錢搞研發，因為大家都知道，我投的錢一定能賺回來，反正國內市場就夠大。賺不回來也沒關系，祖國有錢！

實際上，中國商飛的研發隊伍里面，還有大約10%不到的外籍人員，光是長期簽約的海外高層次人才就有139人，2016年，公司入選高端外國專家項目就有4項31人次。其中上飛院烏克蘭籍強度專家謝爾蓋?基爾澤克、上飛公司復合材料專家劉衛平獲上海市“白玉蘭紀念獎”，上飛院烏克蘭籍總體氣動專家尼古拉?奧洛夫獲上海市“白玉蘭榮譽獎”。

中國現在能一邊投錢玩大飛機，還能一邊投幾千億玩集成電路，還能一邊投資上千億做顯示面板，做汽車，做空間站，做航空母艦……

中國和俄羅斯就像兩個小孩，在商場里面發現了大飛機，航母，空間站，顯示面板，汽車，大型石化裝備等各種玩具，中國小孩就可以任性我全要了帶回家，俄羅斯小孩只能無奈的做出割舍與選擇。

國產化率與核心自研技術

沒有比較就沒有傷害，C919副總設計師周貴榮已經說了，飛機的國產化率是50%，這個是怎么算的，實際上是沒有人知道，舉個例子，C919的發動機是外購CFM公司的LEAP發動機，而中國的中航新大洲航空制造公司又是Leap發動機的零部件供應商，供應部分零部件，那么這個LEAP是算完全進口呢，還是95%算進口？很難統計。

副總設計師：C919國產化率在50%以上
（來源：騰訊網新聞 http://dwz.cn/6getL2）

總體來說，50%的國產化率，對國內的吃瓜群眾來說，這是不能接受的，但是其實一架新飛機能夠做到這么高的國產化率，說明中國具有超強的工業能力。

我們對比下隔壁的俄羅斯和日本：

1）俄羅斯研發的大飛機MC21，主要零部件和子系統全部是從歐美進口，2014年因為烏克蘭危機被制裁，零部件進口被凍結，直接造成飛機研發停滯，一直到2016年美國放松制裁批準出口，MC21才得以下線，而中國則是全部子系統合作研發或者自行開發，主要自己制造為主。另外值得一提，MC21的復合材料機翼，材料是俄國人去買日本TOHO和美國Cytec的碳纖維和樹脂，制造則是中國中航工業公司多年前并購的奧地利FACC公司來完成。

2）日本的MRJ支線客機的國產化率，和俄羅斯差不多，甚至可以說更低
（來源：http://suo.im/3vyjO0）

不要說發動機，液壓系統，模擬器，慣性導航系統，高壓管道，燃料系統這些高科技全部是進口歐美的，MRJ連艙門，前檔玻璃上的涂料，空調和滅火系統也要從美國進口，甚至連飛行手冊都是讓瑞典薩博公司幫忙寫的。

30個主要供應商只有4個來自日本，分別負責機體，軸承，閥門和艙內照明，國產化率應該算多少？4除以30等于13.3%？

值得一提，MRJ客機的30個供應商里面同樣發現了中航工業公司，飛機的整流罩，擾流板，襟翼都是從中國進口，因為日本大型風洞技術不行，凡是和流體力學相關的東西，缺乏驗證能力，直接影響了日本的設計水平薄弱，例如日本新研發的心神戰斗機，就要送到法國人那里去吹風驗證。

表1 日本MRJ客機部分組件供應商
來源：民航資源網

那么C919究竟有哪些自主研發的技術呢，我們和國外成立的16個合資公司，中國的話語權肯定是不一樣的，例如做航電系統幾個主要系統的昂際光電（不是全部子系統都由昂際做），就是GE公司50%，中航工業50%出資建立，總部設在上海。

昂際航電招聘的應屆畢業生是2010年從上海交大畢業的李扣生，他回憶說“那時候辦公室只有幾十名員工，其中中方員工只有十幾位，大部分是外籍專家” 而到2017年，昂際航電已經發展到接近400人，超過80%是中國本地員工，在這個過程中，我們都可以通過聯合研發，提升自己的技術能力。

再比如美國EATON伊頓上飛公司，負責燃油和管道系統設計開發，中國商飛占股51%，伊頓占股49%，商飛擁有控股權，這項技術我們是一定可以拿到手的。

1） 商飛和霍尼韋爾合作研發的飛控系統

其中中國商飛自行研發了C919飛控系統的核心，技術即飛行控制律的算法。霍尼韋爾公司作為飛控系統的供應商，受制于美國法律，在研發過程中只是負責將中國商飛設計好的算法與方案進行功能的實現。當出現故障時，由中國商飛自行定位或更改。受制于美國法律是啥意思呢，呵呵高科技的飛行控制算法美利堅政府不讓賣啊，美國政府干的漂亮！

2）中航電子的子公司上航電器承擔了獨立研制和批量交付C919控制板組件與調光控制系統和集成斷路器板兩個工作包的任務，為C919飛機首飛系統級供應商。可能吃瓜群眾又說了，集成斷路器還算炫酷，控制板組件也算高科技？

還是那句話，對比一下鄰居就知道了，控制板組件就是高科技，俄羅斯的MC21是全部外購，日本MRJ客機的座艙控制系統外購自美國Esterline，連服務人員用的控制板也是外購法國Zodiac。

3）航電系統七大子系統中的顯示控制子系統是由中航工業無線電電子研究所獨立研制。

這個子系統本來也是交給國外公司開發，2013年才因為種種原因轉由上電所單獨研制，這也是C919航電系統的七大子系統中中唯一完全由國內單位開發的子系統。

4）中航工業電子測控所負責飛機電子飛行包、視頻檢測系統、客艙核心系統及機載娛樂系統。

中國商用飛機有限責任公司-賀東風到中航工業測控所調研C919型號研制工作（來源：http://suo.im/kSC0e）

5）C919 HUD平視顯示系統

C919的HUD由中航工業光電研究所研制，HUD又稱“平視顯示器”，是一種具有技術水平的機載光學顯示系統。它的顯示信息通過準直光學系統聚焦于飛行員視野前方的無窮遠處，使飛行員在整個飛行過程中，始終保持平視狀態飛行，不再頻繁地低頭俯視儀表或抬頭關注外界目視參照物，提升飛行安全性。HUD還可以增強飛機低能見度運行能力、降低起飛和著陸氣象標準。 C919飛機的HUD，是國內首個擁有自主知識產權的民用飛機HUD。

6）飛機主動控制技術
新聞里面說C919突破了102項關鍵技術，其中點名了主動控制技術，飛機的發動機，氣動外形，結構三者是互相影響的矛盾體，如何優化得到優解是個難題，運用主動控制技術可以在設計階段實現優設計，大量減輕機身重量，提升結構強度，主動控制技術就是中國商飛自主研發。

7）超臨界機翼技術
飛機的機翼是“飛機的靈魂”，關乎起飛重量、運營效率和經濟性，C919的超臨界機翼是目前國際航空設計中先進的機翼設計，進一步減少5%的飛行阻力，好處是燃油的經濟性。為什么說是先進的機翼，C919的常務副總設計師陳迎春2015年接受記者采訪時說過“當時做機翼設計時，我們集中了國內從事飛機氣動100名專家，組成8個隊，設計了500多副翼型，在計算的基礎上選了8副翼型進行風洞試驗驗證，從中選出4副進行機翼設計，再組成4個隊，按照同一個目標和要求同時開工，拿出成果后相互評議。

在總結四個方案設計的優點后合成一個更好的。在此基礎上，再進行驗證。確定現在用在飛機上的這1副機翼。

這副機翼不僅在國內做試驗，還到歐洲（法國、德國、英國、意大利、荷蘭）、美國做試驗，所有試驗的結果均顯示，我們飛機的幾項重要指標比競爭機型都好，比如升阻比、巡航特性、失速特性、噪聲水平、結冰特性等。對此，國內外同行是高度認可的。”

更值得一提，從500多副機翼設計中優選出8副機翼進行風洞試驗，前后共計“吹風”次數15000多次，這背后反映出我國強大的航空工業基礎能力，我們不像有的國家必須拿到歐美去做風洞實驗。

陳迎春：“C919飛機自主創新有五個標志”
（來源網易財經http://suo.im/4g5uFI）

8）先進飛機材料---鋰鋁合金和鈦合金
C919是大范圍使用鋁鋰合金的民航大型客機。

C919三大技術亮點 裝配先進機載系統和發動機（來源：搜狐軍事http://suo.im/3ZUDxX）

2017年5月，新華網記者專訪了北研中心多電綜合設計專業能力副總師、多電綜合研究部技術負責人康元麗，康元麗說，在新材料方面，C919采用鋁鋰合金、復合材料等先進材料實現飛機減重、增加使用壽命的目標。C919的第三代鋁鋰合金材料用量達到8.8%，先進復合材料用量達到12%，鈦合金用量為9.3%。其中鋁鋰合金由西南鋁業制造，鈦合金金屬復合材料由寶鈦集團有限公司研制。

而C919使用的復合材料主要從美國進口。我們與國際先進水平比較下，波音和空客都已經出產了復合材料用量超過50%的民航飛機。比如Airbus的A350xwb，復合材料用量達到53%，超過了波音787復合材料結構重量比例的50%，連俄羅斯的MC21的復合材料使用量都高達37%。

可以明顯看出我國飛機復合材料使用率非常低，這是為什么呢？

這是為了自主可控。我國航空復合材料技術的進度趕不上C919的進度，目前復合材料技術主要還是在美國和日本手里，為了提高C919的自主可控能力，我國選擇大量使用金屬材料。

鋁鋰合金主要用在C919飛機的機身，復合材料主要是用在機翼，但是目前首飛的C919,仍然是金屬機翼，慶幸的是，中國商飛北京研發中心在五年前已經開始研發復合材料機翼，將逐步進行替換。

圖6 胡震東：C919復合材料機翼研究

5年前已開始 未來可能更輕

2017年5月，北研中心強度分析技術研究部負責人胡震東研究員接受央視網采訪時透露，為了讓C919未來更輕，他們已提前布局預先研究C919復合材料機翼，而這一研究成果也將更多地運用到制造業中，有望改變過去全部依賴進口的局面。

目前，首飛的C919飛機采用的是金屬機翼，但為了降低結構重量，提高飛行品質，胡震東所在的中國商飛北研中心早在5年前就在北京的未來科技城開展了C919復合材料機翼預先研究工作。在千人計劃專家李東升、劉傳軍、徐吉峰等帶領下，一群青年才俊組成了復合材料機翼攻關團隊。已經形成了較為全面的復合材料結構設計的準則、方法、驗證方案等。　　
目前C919復合材料機翼預先研究的成效是顯著的，他們已經做出了目前國內大的復合材料機翼結構。

胡震東說，過去我國的這類復合材料基本依靠進口，一旦國內航空領域復合材料得到成功應用，將有很強的示范作用，引發原材料、設計、制造等一系列產業的發展，以后將在汽車、建筑、甚至賽艇、羽毛球拍、高爾夫球桿、滑雪板等民用品領域都得到極大的應用。”

9）C919大型工程項目極大的帶動了我國工業水平進步
前面已經提到了鋁鋰合金，鈦合金材料，以及航空復合材料，但是光是造出了材料還不行。例如我們造出了機身的先進鋁合金材料，然而焊接工藝是個問題，另外焊接需要的設備我國也是空白。

2011年，哈工大先進焊接與連接國家重點實驗室主任陳彥賓教授率領科研團隊與上飛公司合作承擔了“雙束光纖激光焊接鋁合金機身壁板工藝及裝備技術”研制任務。團隊經過近4年的努力，突破了鋁鋰合金雙側光纖激光同步高速焊接工藝、雙機器人協調控制、空間焊接軌跡離線編程、大型龍門高速運動精度控制等關鍵技術。團隊在國際上率先完成鋁鋰合金激光焊接整體壁板的疲勞損傷容限和結構穩定性評定，研制出首臺集成多軸數控與機器人組聯動的雙光纖激光焊接裝備，并于2015年底交付中國商飛上飛公司。請注意兩個關鍵詞，先完成鋰鋁合金的疲勞穩定性評定，首臺雙光纖激光焊接設備。

我們不要低估西方壓制我們的決心
《21世紀經濟報道》首席記者 趙憶寧在《中國大飛機沉浮30年》中報道了這么一件事。

沉浮：中國大飛機的三十年（來源：網易財經http://suo.im/1WYSLQ）

在ARJ-21試飛的時候，因為找結冰試驗的那塊云，到處飛，如何也找不到結冰的氣候條件。其實，結冰理想的氣候條件只在北美五大湖區特定的區域，這點美國聯邦航空局一清二楚。所以當我們的飛機來到這個區域時，他們甚至都沒有到現場。我是想說，ARJ-21只是一款70座的支線飛機。

圖7 ARJ-21

ARJ飛機基本是直接買歐美供應商的子系統，取得美國適航證尚且要受到如此刁難，實際上現在也沒有活動FAA的適航證，而C919的國產化程度比ARJ高的多，子系統都是合資公司共同研發，一定會遭遇歐美的強力阻擊和輿論戰，這場動了他們蛋糕的戰役將是一場艱苦的持久戰，我們要做好長期對抗和合作的心理準備

歐美利用先進的適航體系為借口，阻擋我國民航客機進入市場是可以預見的，這也是為什么我國一定要完整的做中國民航適航體系的原因，我們不僅是要做好學生，也要能夠做好考官，我們不僅在學習做好學生，也在學習做好考官，這樣才能搶占航空工業的制高點。

ARJ21原定2009年進入國際市場，因為適航體系問題到現在也無法獲得實際國外交付，我國下定決心在ARJ上面完成完整的適航體系審查，建立國產適航體系標準。

ARJ21—700飛機是中國首款按國際適航標準研制的支線噴氣式客機。2014年歲尾終于完成中國民用航空總局適航審查并獲得型號合格證前，5架原型機歷經6年5000多小時試飛，是試飛時間較長的一款飛機，適航飛行長達11年，它也成為中國首款按照國際民航規章研制的客機。這個成就同時代表著中國在研制之外，也正式具備大型運輸類飛機的適航審查能力。

把我國的民航適航體系建立成為標準，不能獲得中國的適航體系，那就不能進入中國市場，甚至不能進入市場，這也是我們需要達到的目標。

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