• 2025-12-30 10:55

C929面临的挑战

民机是一种特殊商品。特殊就在于它的用户是数量有限的航空公司。单通道、窄体民机,如波音737、空客A320、C919,它们是为运营中、短航线的航空公司设计的。这类航空公司遍布全球数量较多,因此,对单通道民机的需求量也很大。近些年,波音737、空客A320每月的产量,都在40-50架左右。空客“新A320”的目标产量定在,每月70 – 100架。

C929是双通道、宽体客机。它的主要用户是承运国际航线的大型航空公司。全球大型航空公司屈指可数,再加上现有空客A350、波音787和即将投入市场的波音777X(见下表)。因此C929的产量将有限,它远不及C919还有广大的国内市场需求。

 

面对如此残酷地竞争局面,C929应在“安全、舒适、经济”这三方面下足了功夫。目前在设计初始阶段,就要考虑航空公司对座级、航程不同要求,推出不同的子型号,让C929形成一个系列化的商品。仅一个“基本型”,将会失去一部分用户。

说到商品就有个投资回报问题。尽管商飞C929是国家投资项目,是国家发展需要。看看波音如何算这笔经济账,也可做到心中有数。波音787是全球首款机身、机翼都使用碳纤维复合材料制造的民机。它的复合材料用量达到机体重量的50%(空客A350是53%)。研发787总投资230亿美元。787从2009年底投入市场直到疫情前,交付到1000架才收回全部投资。

C929面临的一个棘手尴尬问题是适航认证。目前在民机领域,新型号民机要想进入国际市场,就得通过美国FAA或(和)欧盟EASA的适航认证。

商飞首款支线飞机C909(ARJ21)虽然接受FAA的“影子审查”,但审查结果给它亮了两个“红灯”。后来它获得了中国民航局的适航认证。国内认证的C909只能在国内销售。个别国家需要购买它,通常的做法是,两国适航当局进行磋商,然后交付给购买国在国内运营。

商飞单通道、窄体客机 - C919, 在取得中国民航局的适航认证后,目前正在接受欧盟适航当局EASA的认证工作。认证的结果仍然是一个未知数。因此,现在C919的营销市场,和C909(ARJ21-700)一样。

C929适航认证的难度、广度,远远大于C909和C919。C909和C919机体的主要受力结构件是用铝合金(或部分铝锂合金)制造的。它基本上是成熟技术。特别是发动机、起落架、飞控等绝大多数机载设备和系统,均采用国外经过适航认证的产品。反观C929从机体制造材料到发动机、起落架、飞控等机体的主要受力结构件全都是国产的。这其中机体的主要受力结构件,使用国产先进的碳纤维复合材料制造。这一切全新的东西,不仅给设计、制造带来巨大的难度,同样也给国内适航当局认证工作,从工作量和技术的难度、广度,都带来巨大的挑战。

这里引出一个问题。按FAA和EASA对适航认证的民机要求,凡是装机的发动机、起落架、飞控等机载设备和系统零组件,都得是已经经过适航认证的产品。如此众多的机载设备和系统零组件,国内适航认证工作能满足C929的装机进度吗?

综上,C929一定要在技术层面,达到FAA和(或)EASA适航认证要求,排除其他干扰,取得适航认证(型号合格证TC、生产许可证PC和单机适航证AC)。否则航程12000公里的洲际大飞机C929,只能在国内最长航线(4000-5000公里)上飞行了!

C929面对的另一个严峻挑战,是机体结构使用51%的碳纤维增强树脂复合材料,即通常人们说的复合材料。复合材料主要是由碳纤维和基材树脂,两部分组成的。目前基材树脂主要是由热固性环氧树脂,加固化剂、增韧材料等功能性材料,组成的化学产品。

商飞民机C909(ARJ21)、C919和CR929机身筒体试验件,所用的复合材料均是由美国进口的。为什么要用进口材料?答案是,我国没有符合适航认证的碳纤维增强树脂复合材料。

在我国,碳纤维复合材料最初主要用于航天和军工。受原苏联工业体制的影响,航天和军工都有自己的材料研发单位。如航空部有621材料研究所。621所研发军机所需要的基材树脂,然后再采购国内生产的碳纤维。用这种模式给制造军机,提供复合材料。由于保密要求,我国航空、航天的基材树脂是不对外开放的。

我国制造碳纤维的企业很多,产能全球第二。但这些企业仅只生产碳纤维,而不生产与碳纤维配套的基材树脂。这实际上是没有民机需要的制造复合材料企业。

目前,全球供应民机碳纤维复合材料的仅4家企业:东丽、赫氏、索尔维、帝人。他们主要共同点是,提供各自商品品牌的碳纤维复合材料(碳纤维和配套的基材树脂)。关键是它们生产的材料要通过适航当局和民机制造企业以外的第三方鉴定。鉴定的结果数据要列入公共数据库,供不同的企业使用。美国“国家先进材料性能中心(NACMP)”的就承担测试鉴定和公共数据库的工作。

民机制造企业在公共数据库中选定材料后,再将它纳入本企业的材料规范中,该材料就可用来制造零件了。通过这一系列操作,FAA和(或)EASA不再单独对使用的复合材料进行适航认证,而是随民机项目的进展,同时进行认证。

只生产碳纤维,而基材树脂是另外单位提供。这样制备的复合材料,很难适应上述严格系列程序的操作。

近几年,C929的一些机体组件开始进行试制。江苏丹阳恒神公司承担的球面框试制工作,就用了自己生产的碳纤维,以及自己研发配套的基材树脂制备复合材料 —HF40C/EH918。同时,该材料获得商飞的认可。这是一个很典型的与国际技术接轨,国产化技术进步。这才是真正意义上的,名副其实的复合材料公司。现在的问题是恒神的复合材料,还没有经过类似美国“国家先进材料性能中心(NACMP)”的第三方鉴定。在公开网站也查不到它的性能数据。如果这种复合材料继续、扩大使用下去,这将为日后FAA和(或)EASA的适航认证留下隐患。

对于C929仅有恒神的复合材料,远远还不够。还需要他的化学团队,研发配套的粘合剂、胶粘剂、脱模剂、面纱、防雷击保护膜、呼吸膜、真空膜、做模具的材料等。这其中尤以防雷击保护膜最为重要。民机是一种特殊商品。商品生产的规律总是一代比一代好。C929“对标”空客A350。A350机体要用51%环氧树脂基碳纤维复合材料。其中机身蒙皮与框、长桁连接,使用了8000多个热塑树脂基碳纤维复合材料角片。A350首飞是在2013年6月,距今已经十多年过去了。这十多年,民机的复合材料发展迅猛,高温、高强度热塑性复合材料,依其优越的性能,在机身结构中完全取代了,A350所使用的热固性环氧复合材料。若C929机身仍然使用热固性环氧复合材料,2035年首飞的C929在飞机结构层面,显然是一个没有竞争力的产品。

这里最具挑战的问题是,没有国产用于民机的热塑性碳纤维复合材料。另外商飞生产的民机中也没有使用过热塑性碳纤维复合材料的经验。

复合材料零件之间连接,因强度要求和铝与复合材料有电位腐蚀,不再用铝合金铆钉一类紧固件。而改用钛合金钉杆/钛合金套环组合的紧固件。A350机身用钉杆直径3/16”, 7/32” 和1/4”(4.76mm,5.56mm和6.35mm),机翼使用的直径更大。使用这样的紧固件,就不能再用原先铝铆钉使用的安装工具(铆枪和压铆机)。波音787机身紧固件安装过程如下图。

 

C909(ARJ21)、C919所使用的铝铆钉,由于适航和其他原因均从美国购买。C929机身、机翼使用复合材料制造,紧固件用钛合金又是一个绕不过去的坎。

C929研制、生产,仍然采用“主制造商-供应商”模式。商飞作为主制造商,承担总装、适航取证试飞、生产试飞、交付、售后服务和制造水平尾翼。机翼、中央翼、机身段,分别由分布在各地的供应商提供。这种生产组织形式,与787和A350相似。分布在异地制造的飞机部件,其外形尺寸均大大超过铁路、公路的运输限制。因此,波音、空客均有用大型气喷客机,改装的大型部件专用运输机。空客A380由于部件外形尺寸太大,只得分别采用内河航运和公路运输。为确保公路畅通运输,特别按部件的外形尺寸,设计制造一个模拟件,装载在专用运输汽车上,沿选定的公路路线实际通过一次。确保公路运输畅通无阻。

当年,陕飞运八改气密舱,机身中段要运往陕西耀县。由于机身中段,横向连接着中央翼,宽度超过铁路运输的规定,只得采用公路运输。陕飞做了A380同样的工作。在模拟件运输中,确实遇到一些意想不到的障碍。

因此,C929大部件如果有公路运输,实际考察路线是必要的。

机身段试验件。波音在787设计初期阶段,共制造了9个直径与产品相同、长短不同的试验件。空客设计初期也制造了多个长短不同的试验件(具体几个,现查不到,但最起码超过3个。见后面的附图)。目前在网上还能看到,一个18米长的试验段。但是,这个试验段是由,中间长、两头短的三段筒体组成的。其目的是验证生产过程。CR929也制造了一个18米长的试验件,从图片看很好像是一个整体筒。

最初,波音787机头是一个单独试验段。通过制造试验段等试验工作,后来改为现在的机头和前段合并的机头段(41段)。机身段试验件,对于制造工艺来说,其目的探索段与段对接协调问题。但更多是验证设计在不同环境下的强度和其他设计指标。CR929的18米长机身筒体试验件,用的是进口复合材料,仅此它也不能代表C929的筒体试验件。更何况它也不能满足设计和工艺协调验证的要求。现在的问题是C929机身筒体试验件制造几个?什么时候做?

C929制造分工,至今在网上没有看到正式的信息。目前讨论此问题,还是沿用CR929公布的信息:

机身由成飞民机、中航复材、杭州西子、南昌洪都、西飞、沈飞民机、中建材、海鹰特材等单位制造。尾翼分别由上飞和哈飞承担。C929机翼制造工作没有宣布。

A350、787制造工作有一个共同特点,就是机身段所用的一些结构相似、数量特多的零件如,长桁、框、连接角片、客舱窗框,均由一些中小专业制造厂提供。机翼更是没有一家公司完成全部制造工作。其中翼梢小翼、前缘缝翼、前缘、后缘、扰流板、副翼、襟翼;全部是铝合金机加件的机翼翼肋,全部外包。

如何适应国情,组织现代化工业规模生产,也是研制初应考虑的问题。

C929作为一款洲际飞行的大飞机,势必要考虑到将来要作为国家领导人的专机。目前专机是用的波音747。747毕竟是50多年的产品了,当C929正式运营后,专机不好再用747,更何况现已停产了。C929作为专机不仅仅是一架运输飞机,而更多地向世界展示经济、技术的实力。因此C929的技术水平也一定要与同类民机相比肩。

结束语

一款洲际飞行的大飞机C929,它从技术、经济层面反映出,我国成为世界一流的大国、强国。因此C929每一步进展都牵动着全国人民的心。军机研发过程是严格保密进行的。相反,作为商品的民机研发过程有一定透明度。它要即时向用户航空公司和股民,通报研发过程采用的新材料、新技术,特别是出现的问题和采取的解决措施。让购买它的航空公司,坚定购买意向。同时增强股民的投资信心。

眼下我们可以从网上看到,“C929XX部件XX年要交付”、“XX年要首飞”等民情高涨的说道。这些说道反映了国人殷切盼望C929早日问世的迫切心情。

“2024.10.25,第二届航空大会开幕,在上午的大会发言上,中国商飞党委书记董事长贺东风表示,C929宽体客机正在开展初步设计和供应商选择。”商飞领导的发言说明,项目研发工作还没有走出设计院,飞机要到部件交付、首飞,还有相当一段时日。

多年来一直跟踪、学习,787和A350在研发过程中公开报道。研发复合材料用量超过50%的双通道、宽体客机,难度有多大、有多少研究、试验工作要做。本文仅从制造角度,总结出这些挑战项目。希望商飞将挑战项目列入研发计划中。同时组织力量逐一解决。在此也希望商飞,遵循国际研发民机的惯例,即时公布项目进展情况,以满足国人对C929的深切期望。

附图:现网上可查到的机身试验段