国产大飞机C919已经投入商业运营,标志着我国正式进入大型民用航空器制造领域,此前这里曾是被美国的波音公司和欧洲联合的空客公司垄断的市场。从目前的新闻看C919尚未取得美国的FAA和欧洲的EASA认证,所以暂时还不会进入欧美市场。
讨论民用航空,最重要的就是其可赢利性,说白了就是能给航空公司带来稳定的利润。喷气客机除采购成本外,最重要的就是长途飞行的燃油成本,检修维护成本等。
要想使航空公司的赢利最大化,最好就是让飞机天天飞,一天飞两趟(一去一回),一年里的维修时间越短越好,这也是民机和军机的最大区别。军机可以非常先进,但并不一定需要天天飞。这意味着民机在对安全性零容忍前提下,是非常皮实的,简单维护检查后,可做到几乎天天飞两趟。
民机要赢利,也不是越大,航程越远越好,固然飞机越大,载客越多,航程越远单个乘客的价格越高,但还涉及满座率的问题。在喷气民用航空发展的初期,即50/60/70年代,机场少,主要集中在中心城市,燃油成本低,民用航空迅速普及,波音707和道格拉斯DC8这种四发窄体客机逐渐就不能满足航空业井喷的需求。宽体客机就是在这个背景下进场的,所谓宽体就是两个通道,飞机更加宽大,载客多,同时也更舒适。
道格拉斯DC8(上)和波音707(下)
典型的宽体客机有波音747,道格拉斯DC10和洛克希德L1011。其中波音747是最成功的一款,因为它最大,四个发动机,两层座舱(上层座舱只占机体全长的部分),DC10和L1011要小一些,只有三个发动机。在波音之前,民用航空的霸主是道格拉斯,但自从进入喷气时代,这个霸主就开始易位了,因为707太成功了。而到了宽体时代,747的激进设计无疑是一场大冒险,更大更远意味着更高的研发费用,更高的采购单价,但事实证明波音赌对了。747宽大的机体,完美匹配了那个时代航空市场的发展规律,不论是远程跨洋旅行(美国-澳大利亚),还是短程的高密度航班(日本国内),四发的747都完美碾压三发的DC10。
波音747,人类有史以来最成功的喷气客机,美帝实力的象征。不过,这么好的一款飞机已经停产了。
三台发动机意味着有一台发动机是放在尾部的,从噪音和舒适性的角度不如全部四台发动机都吊在机翼下面。同时三发在结构上也会增加重量,降低经济性,并且有更高的安全隐患。L1011高发的事故率使洛克希德完全退出民机市场。道格拉斯则与麦克唐纳(主产军机,代表作是著名的空优机F15)合并成为麦道公司,DC10则演进为MD11。BTW,MD11是笔者坐过的第一架飞机。
三发宽体客机MD11
随着民机市场逐渐被波音把持,空客(Airbus)进场。空客是欧洲几个国家合营的公司,零件全球采购,总装在法国的图卢兹。其实民机的制造和现在的手机制造是很像的,设计和总装很重要,发动机和控制是核心技术,但机身、机翼这些是可以分包出去的,比如我国其实很早就成为麦道、波音以及空客全球供应链中的一员。
C919也是全球采购的,大概来说,我国负责生产机头、机身和机翼。关键的设计和总装也是由我们自己完成的。
空客之前,英法联合制造的协和项目是个失败的成功项目。协和主打一个快字,巡航速度可以达到音速的两倍,可以让跨大西洋商业飞行时间减半,伴随的就是油耗飙升,再叠加上70年代开始石油价格的暴涨,协和逐渐成为一款叫好不叫座的飞机。其实波音也谋划过类似的项目,但最终是英法给整出来了,这说明欧洲在航空方面的实力是非常深厚的。
英法联合研制的协和式超音速客机,纯从技术的角度说很先进;但耗油高,噪音大,对机场要求高,商业上是失败的。
油价飙升再叠加上机场成为越来越多城市的标配,747这种巨型宽体客机的危机就来了,中心城市之间的人流被直达中小城市航班分流后,747这种超级巨大的机体就有点浪费了,载客量较少的双发宽体客机开始崭露头角。
波音777,世界上最大的双发宽体客机。
波音767,及其后续的777,787就是双发宽体客机。麦道后来也与波音合并了,波音长期以来在民机市场的唯一竞争对手就是空客。在宽体机市场,空客的代表作是A300,310,330这几款双发宽体机。A340是一款四发远程客机,其机身和操控系统与330是通用的,但竞争不过波音747和后来的777。空客在进入21世纪后就出了个大昏招,对标747,搞了个人类历史上最大的四发宽体客机A380,区别于747,380是真的全两层座舱,毫无疑问的最大、最远。但此时民用航空业已经彻底改变了,中小城市之间的直达,或者大城市之间频繁密集的航班才是趋势,380这种规格的飞机很难满载,并且还要付出高昂的持有/维护成本。以我国为例,380最适合北京-上海或北京-广州这种高密度航线。但前者被高铁分流,后者则是被深圳、HK分流了(或压根没法与北京-上海间的通勤需求相提并论)。空客对此的补救,是利用380研发出的黑科技,重新改进出了350这种相对传统的双发宽体客机。但感觉已经落了波音777X和787的后手。
A380,世界上最大的客机,已停产。研发费用高达250亿美元,未收回投资。
波音B787(左)和空客A350(右)比较,可见787比350要迷你一些。
民用航空市场成熟、发达后,窄体客机才是市场的主力。目前这个市场基本上是被波音B737和空客A320瓜分的,这两款飞机分别经历了漫长的进化,目前的最新改型是737Max和320neo,由于波音不思进取,官僚主义严重,737Max出了几次恶性事故,空客在窄体机市场有逐渐超越波音的趋势。
由上至下,C919,A320和B737
当然,现在又有了C919这个新玩家,这三款飞机从外形上看差异很小,并且采用相同的发动机(LEAP)。如果仔细辨别的话,C919的翼梢小翼是最不明显的,翼梢小翼的作用是减少机翼末端湍流扰动对机翼升力的影响,设计好了,可以减少翼展(C919是35.8米,与A320相同,而B737是35.9米),增加升力,从而提升对机场的适应性和飞机的经济性。
从左至右:分别用于A320的LEAP-1A,B737的LEAP-1B和C919的LEAP-1C
从目前这三款飞机的性能参数看,各项指标几乎差不多,但C919的航程是最短的(5555公里),其他两款都是6300多公里,不知道是否与C919的机翼/翼梢小翼设计还有进一步提升的空间有关?
最后小结一下大飞机里面用到的关键技术:
- 机身和机翼:先进的复合材料和铝锂合金,需要很硬、柔韧性好,同时还要很轻。
- 机翼:超临界翼型,使得机翼兼具低速时的大升力和高速时的低阻力。
- 翼梢小翼:机翼两段的垂直小翅膀,可以改善机翼末端的涡流扰动,提高机翼升力,减少机翼尺寸。
- 大涵道比涡扇发动机:省油、经济,可靠性高,但个头会比较大。
- 电传操纵和先进的飞控系统:操作飞机好学、好用。
计划中的双发宽体客机C929,尺寸介于B787和A350之间。