观点：未来制造民机都将使用复合材料

新冠肺炎疫情是一场全球性灾难，以前所未有的灾难性方式抑制了商业航空旅行。从影响航空公司本身开始，逐渐延伸到大型飞机制造商和航空航天供应链的整个配套企业。波音、空客调低了现有机型的生产数量，推后了新机研发的进程。我国对疫情控制全球最好，疫情虽然对民用航空运输有些影响，但对正在试飞取证的C919影响不大，据报道有望明年取得适航认证。

波音、空客 2021 年生产计划

波音737曾在2019年因波音737MAX 飞机两次坠毁而停止生产，在 2020年5月以极低的速度重启737生产。波音公司表示在重新获得飞行认证后，希望到2022年将这一数字增加到每月制造31架（疫情前每月46架）。

波音777/777X飞机每月减少到5架。波音767飞机每月减少到6架。

波音787飞机每月减少到10架（疫情前每月14架）。将于2021年关闭在华盛顿州西雅图的787-8/-9总装配线，并将其整合到波音公司位于美国南卡罗来纳州北查尔斯顿787-10的总装配工厂。

空客则将A320的产量从2019年的平均每月53架下降到每月40架。

空客A330每月两架。空客A350每月6架。

波音、空客2021年新机研发状态

在疫情发生之前，波音公司的图纸上有一架名为NMA（New Midsize Aircraft）的新中型飞机，它的客座数、航程在737-10MAX和787-8之间（200-270座，航程4000-5000海里）。机身、机翼用复合材料制造。飞机客舱是双通道布局，货舱按单通道设计。波音公司宣称，它具有双通道的舒适性，又有单通道的经济性。

由于两架737-8MAX机毁人亡的坠机事件和新冠疫情疯狂地肆虐，NMA 到现在也没有启动的信息。

空客在 2019 年巴黎航展上推出一种可容纳 244 名乘客的远程（4700 海里）单通道飞机 A321XLR。预计将于2023年投入使用。空客参与了由欧盟资助的“新320”热塑复合材料机身的研发工作。2021年底，完成直径4米、长度 8米的机身筒体试验件。空客组织的“新320”机翼研发，采用干碳纤维、灌注环氧树脂基材、不用热压罐固化工艺。2021年继续进行17米长的机翼试制工作。“新320”的投入使用日期大约在2030年左右。

民机的特点

民机是一种特殊商品。它的用户是为数不多的、可数的航空公司。航空公司购买民机的原则是安全、舒适、经济，而且是这三方面性能最好的民机。民机没有高档、中档、低档之分。民机制造公司本着这个原则，采用先进的、经过验证的技术，精心制造出最优良的民机提供给航空公司。同时又和其他公司的同类型民机竞争有限的市场份额。

民机的另一特点是，新民机研制费用越来越大。波音787项目启动后，研制费用总投入230亿美元（包括因新机交付延误、给首批用户和供应商的补赏）。787机体制造采用大量外包模式。波音自己仅承担全机总装、垂直尾翼、机翼后缘的制造工作。其余部、组件，机身、机翼、尾翼、等全部由机体供应商制造。由于机体使用环氧树脂基碳纤维复合材料制造，这些承担部、组件制造的供应商，都要用巨额资金新建厂房（其中一部分是温、湿度有要求的清洁厂房）、购买价格高昂专用设备，如自动铺丝机、自动铺带机、巨型热压罐、自动C扫描仪、自动切割设备、自动钻孔、安装紧固件设备、制造复合材料结构件的工装、模具等。

民机是最经典的定制产品。每架飞机按用户的需求，有不同的构型、不同的配置。一进入总装厂房，从尾翼上的标志就可看出是哪家用户的飞机。在以后的生产过程中，一些关键工序还得有用户代表签字认可。

飞机不同于其它商品，它需要经过国家适航部门适航认证，取得型号合格证（TC）、生产许可证（PC）和单机适航证（AC）。未取得这三证的飞机，不能进入市场。进入国际市场的民机，还需要取得美国FAA或（和）欧洲 EASA的上述三证。

民机的机遇与挑战

目前，单通道、窄体、150座级飞机有以下4种：空客A320、波音737、商飞C919和俄罗斯MC-21。前两种进入市场差不多已经有半个世纪。后两种正在取证试飞，都计划在明年取得适航认证。

空客A320、波音737、是销路最好、最赚钱的铝合金飞机。由于资本追逐利润的本性，虽然两家公司早已将树脂基碳纤维复合材料用于制造民机机体，推出了复合材料的A350和波音787。但是，哪一家公司都不愿意率先研发新机型来取代老飞机。直到2014 年空客才制定了用复合材料制造“新 320”以取代现在的铝合金A320的方案。至今还未见波音取代铝合金737的计划。

用树脂基碳纤维复合材料制造民机是先进标志之一。2008年，商飞和俄罗斯先后宣布研发自己的单通道、窄体、150座级飞机C919和MC-21。复合材料用量要占机体重量的25-30%，其中主要是机翼用复合材料制造。另外，两种机型都选用目前最先进的大函道比发动机。复合材料机体加上先进发动机的飞机，毫无疑问与铝合金机体配老式发动机的老飞机A320、B737竞争，是有绝对的优势。

C919和MC-21在各自的研发进程中对使用复合材料采取了不同的决策。尽管俄罗斯一无民机使用的复合材料，二无制造复合材料机翼的技术。他们从美国氰特公司（现苏威公司）C919购买复合材料，再由奥地利 FACC（2009年中航西飞收购了该公司）试制原型机翼，坚持用复合材料制造 MC-21的机翼。C919却在项目进展不久宣布机翼不用复合材料，退回到使用铝合金。

2014年空客率先在A320换上先进的大函道比发动机，推出A320neo。紧接着波音也推出换装上先进的大函道比发动机的737MAX。这一来，C919一开始对比空客A320、波音737两大竞争优势就不存在了。今日的 C919机体技术构型完全等同A320neo和737MAX。

空客全复合材料的“新320”投入使用大概在2030年。从明年C919取得适航认证，到2030年还有9年时间。建议在这段时间换装复合材料部件，用先进的复合材料机体的C919不仅满足部分国内市场需求，同时还能进入世界民机市场分享一块蛋糕。

展望双通道、宽体客机929

目前，双通道、宽体客机波音787和空客A350，前者复合材料用量达到机体重量的50%，后者达到 53%。波音787在2011年投入航线运营，3年后空客A350也进入市场。新冠疫情前，波音有两条总装配线，三个子型号：787-8、787-9和787-10，每月生产14架飞机。空客一条总装配线，两个子型号：A350-900和A350-1000，每月交付7-8架飞机。将近10年的市场考验，这两款复合材料飞机，再配合使用多项先进技术，达到了安全、舒适、经济的要求，给社会带来诱人的福祉，同时也给两家公司带来可观的经济收益。波音公司原计划787投入市场后，10年销售1000架飞机，收回320亿美元的研制费用。新冠疫情前的2019年波音787已经销售出900多架飞机。

波音787和空客A350同是复合材料飞机，差别在两款飞机机身使用了不同的制造技术。波音787机身采用了当今最先进的整体筒制造技术。接着在后续的制造工作中又使用了一系列先进制造技术。新材料、新工艺、新技术的应用，极大的改变了民机工程的现状。因此。它被西方誉为是民机工业的一次“革命”。整体筒技术在航天和其它工业部门也相继得到应用。

空客A350机身段采用4块复合材料曲面板，铆钉连接、组合筒体。后续制造工作中新技术应用不多。整个机身制造过程零组件数量多，连接工作量大、紧固件数量多。这种复材曲面板组合工艺在其它行业很少使用。

通过上面简单对比，明显看出波音787复材技术、销售业绩优于空客 A350。

2017年9月中俄联合推出了CR929双通道、宽体客机设计方案。中方承担的机身采用类似空客 A350，4块复合材料曲面板，铆钉连接、组合筒体。按此设计，将来的机头大概会是下面图的样子。

空客A350几块板件准备铆接装配成机头

显然机身的技术方案先进程度远不如波音787。机翼设计、制造工作由俄方承担。他们提出就用单通道、窄体飞机MC-21的复合材料机翼技术。这种技术是否适合宽体客机机翼并没有依据。

商飞于2018年底已经完成了直径6米、长度15米复合材料机身段筒体试验件。反观俄方至今仅做了飞机模型的风洞吹风试验。要花大价钱的复合材料机翼试验件却未动工。2019年初，美国制裁俄罗斯，限制美国和日本的复合材料向俄罗斯出口。这一狠招直接打击了MC-21复合材料机翼的生产。买不到复合材料，他们也做不成CR929机翼试验件。从对项目真金白银实际投入来看，不得不怀疑俄方另有打算。

立足自主，坚定目标

外界盛传俄罗斯有飞机设计、制造技术，有发动机制造技术。其实这主要是反映在军机方面。前苏联的民机仅在当时的社会主义阵营有市场，而且都是铝合金飞机。俄罗斯的碳纤维在世界市场是榜上无名。我国碳纤维产能去年已经位居全球第二。其中龙头企业有中复神鹰、光威复材、恒神股份等，仅三家碳纤维的产量占到80%。在此基础上，树脂基碳纤维复合材料在国内许多工业领域都有较多使用。

俄罗斯按西方适航标准研发民机，是从苏霍伊 “超级喷气-100”支线客机 (Sukhol Superjet100/SSJ-100)起步。接着又研发了MC-21客机。时间进程、研发的品种，与我国自主研发ARJ21支线飞机和C919几乎是同时开展的。因此在研发民机上，俄罗斯能提供的技术支持并不多。

俄罗斯有发动机技术，这也是人们笼统地一种说法。他的军用飞机发动机的确可以与西方相比。但是，民机所用的发动机与西方的发动机还有差距。俄罗斯国内使用的MC-21安装国产发动机，而出口MC-21则安装美国普惠公司的发动机。MC-21的发动机推力在3万磅左右。双通道、宽体客机需要推力在8万磅左右的发动机。要研制出如此巨大推力的民用飞机发动机，也不是一件轻而一举、短时间能完成的事情。

当下，中俄CR929项目变数多多。特别是俄罗斯又被美国制裁，没有民机要用的复合材料。他们承担的机翼制造一时间也很难开展实质性工作。趁此机会商飞抓住项目的主动权，制定一个能与波音 787 竞争的结构设计方案。尽管此方案难度极大，但这也是民机研发的特点所致。这正像当初俄罗斯研发 MC-21时，在既无复合材料又无复合材料技术的条件下，仍然坚定使用用复合材料制造机翼。

CR929现采用类似空客A350机身方案，将来进入市场的CR929 机体的先进性充其量与A350相当，没有与波音787竞争的亮点。

CR929一旦投入试制，作为机身段的供应商西飞、沈飞、成飞、南飞，都得化巨资建新厂房、添置新设备。这些生产能力的建设，仅能满足复合材料曲面板的制造。再要想制造其它产品，如直径6米、复合材料整体筒的结构件，就无能为力了。

我国研发双通道、宽体客机已经是继运十、CRJ21、C919 后的第4款民机。此款民机的目标是要进入世界民机市场，能够与波音787、空客 A350同台竞争。整体筒机身的飞机一旦进入国际市场，即便不能超越波音787，但是能超过空客A350。商飞也只有坚定这个目标，才能不辜负党和国家的重托，全国人民的期望，了却国内民机人的心愿。

结束语

制造民机要用复合材料已经是业界的共识。由于历史的原因，ARJ21复合材料用量仅2%。C919从原定的25%又退回到12%。CR929的复合材料用量设计指标要达到目前的先进水平50%。值得我们关注的是，以上复合材料主要是先进的、环氧树脂基碳纤维复合材料，而且是经过适航认证的材料。即便是同类型的材料，用不同的工艺方法制造民机结构件，其结果大不相同。

环氧树脂基碳纤维复合材料，属于热固性复合材料。正在研发的空客“新320”机身准备用热塑性碳纤维复合材料。预计它的全机复合材料用量超过 53%。