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“大型-双发”——未来十年大飞机竞争焦点
单位:北京航空航天大学  作者:范玉青 发布时间:2015-7-13 15:42:33

自从欧洲空客公司的飞机交付量赶上美国波音公司后,它们瓜分了世界民用大型飞机市场,同时,这两大公司的竞争也近乎白热化。近几年来,两大公司最新研制的空客A380A350和波音787747-8都已上天,并陆续投入航线。那么,未来十年大型民机竞争的焦点在哪呢?

1)大型民机的发展及其竞争形势。

目前,民用飞机市场上的支线客机主要由加拿大庞巴迪公司和巴西安博威(Embraer)航空公司生产,我国、俄罗斯和日本等国家也纷纷加入这一竞争行列。而大型干线客机,包括单通道窄体客机,如波音737和空客A320,双通道宽体客机,如波音767777787和空客A310A330A340,还有双通道宽体超大型客机波音747和空客A380,它们仅由波音和空客两家公司制造,如图1所示。目前全球市场上仍在运营的12000多架大中型喷气客机中,波音与空客飞机的比例大约为51。不过全部已签订单的飞机数目二者大致为11,各自手中都有千架以上飞机的订单。

图1 民用支线飞机和干线飞机的分类

2所示为上世纪90年代以来波音和空客公司研制的大型客机并投入航线的大体年份,图中波音787和空客A350客机是计划投入航线时间,实际上这两种客机上天时间都推后了3年多时间。目前,波音787飞机已投入航线,空客A350飞机投入航线也指日可待。表1 所示为空客和波音大型客机之间大体上的竞争关系,当然它们间的竞争关系并不是这样简单的一一对应关系。随着时间的推移,科学技术的不断进步和航空市场需求的激剧变化,一般十年左右时间里会有一种新型大飞机的研制工作展开。今后十年大型客机怎样发展下去呢?会发生什么样的竞争?这是人们所期待的。

图2 20世纪90年代以来大型客机发展情况

 

表1 空客和波音大型客机及竞争关系

2)超大型客机竞争已成定局。

超大型双通道宽体客机系指波音747和空客A380客机,如图3所示。在本世纪初,空客公司认为超大运力飞机将是解决世界上空运迅速增加和机场拥堵的最佳途径,航空市场需要更大的飞机将大批旅客从世界的中心城市送到另一个中心城市。基于这种认识,200012月空客公司决定研制自己的超大型机A380,如图4所示。空客公司经历了种种困难后,A380终于20054月首飞成功,随后投入航线。A380结束了波音747一统超大型客机天下30余年的局面,欧洲人为此十分自豪。到20143A380有来自20家航空公司的324架客机订单,其中128架已交付10家航空公司运行。

图3 空客A380和波音747-400客机

面对空客公司的步步紧逼,波音公司认为人们更需要远程中型客机实现“点”到“点”飞行,而不是体积庞大的巨型客机。因此,在空客全力研发A380之际,波音积极研发点对点直飞的中型“梦幻客机”---波音787。但同时也不放弃从上世纪70年代就进入航线的超大型客机747,波音公司在“年迈”的747-400F的基础上伸长其机身,并改进机翼成747-8飞机,如图4所示,以此应对A380的挑战(波音公司公开不承认此点),747-8飞机于20102月上天。7478项目迄今总共获得108架飞机订单,其中包括76架货机订单和32架客机订单。

图4 空客A380系列客机(上)及波音747-8(下)

从目前A380客机销售情况看,正如波音公司数年前所预测的那样,超大型客机市场容量不大。目前波音公司现已开始放缓747-8的生产速度,空客公司也将对A380采取同样的措施。原因很简单,航空公司运行的A380客机一般仅有四分之三的乘客或更少,公司很难盈利,我国南方航空公司也是这样情况。为此,空客准备开发A380neo,以提高A380的效率。对以盈利为目的的航空公司来说,超大型客机的需求十分有限。所以,超大型客机的竞争在未来一些年里已成定局。

3)单通道窄体客机的竞争难分难解。

世界航空市场容量最大的是单通道窄体客机,如波音737系列和空客A320系列机。上世纪80年代以来这两种系列机的竞争及其发展情况,如图5所示。

图5 波音737和空客A320系列飞机发展情况

波音737是美国波音公司生产的一个种短程客机系列,它们是双发、单通道窄体客机,是目前世界上民航机中生产寿命最长、交付量最多的系列机。到2012年,波音737NG系列飞机(图6)总计订单超过10000架,并考虑建立第二条生产线,试图增加737产量每月达到60架。

图6 波音737-600/-700、-800、-900ER

但是,波音 737飞机是19645月开始研制,19674月原型机首次试飞。波音 737系列机的基本技术毕竟已经 40 多年了,波音公司原计划在推出波音 787 客机之后,有意以波音 787 的基本技术研制新一代的单通道客机,即新的737NG系列机。它采用新一代涡扇发动机,可能用更大的复合材料机身段,或将设计成采用全复材的机体,复材用量比例高达70~80%。使用同一驾驶舱,将共享一种机翼,机身将有两个宽度可供选择,可有三种不同类型的机身,如五排座,六排座,甚至双通道2-3-2排座,如图7所示,以此构成低成本模块化飞机(Low Cost Modular Aircraft)。波音公司确认,两种早期原型机的图已画出,一种是宽体、双发和双通道,另一种是双发、短程、单通道喷气客机(a wider, twin-aisle version and a shorter, single-aisle jet)。并说将是碳纤维机体,更高的燃油效率和更环保,将在下一个十年的中期投入运行。

图7 波音737NG的替代机型之一

但是,当时波音研制787飞机进展不顺利,加上又有大量737NG订单,波音公司客户-各航空公司对737NG的替代机型缺乏热情,不久又得知空客公司推出A320neo项目等原因,波音公司只能搁置这一计划。

A320系列飞机(图8所示)是欧洲空客公司研制生产的双发单通道中短程150179座级客机,其客舱(宽3.70米)比一般的双发单通道客机要宽些。从技术上说,因空客A320系列客机采用了通用设计,所以一般“A320”单指最初的中型客机,但是经常也代指整个A320系列:A318A319A320A321

图8 空客A320系列飞机

对于空客公司而言,A320 系列飞机是一支独秀,在150座级的飞机行列中,它的舒适性较好,长期畅销不衰。空客公司为了保持A320系列飞机持续领先的市场地位和竞争优势,公司不断投资并完善该产品线。201012月,空客公司宣布为其最畅销机型,推出最新的A320新型发动机选装方案及其新型鲨鳍小翼等,都将进一步提高飞机的舒适性和运营效率,从而提高运营商的运营收益,并减小对环境的影响。配备新型发动机的A320系列飞机被称为A320neoNEO New Engine Option),如图9所示。A320neo的主要特点是选装新型发动机(两款发动机供客户选择---由普惠公司生产的净洁动力PW1100G发动机和CFM国际公司生产的LEAP-X发动机)以及装有空客鲨鳍小翼,以最小的改变实现最大的收益。

图9 A320neo系列客机与选装发动机

20124月,空客公司已获得超过1289架的A320neo系列飞机确认订单,将于2015年投入航线。

面对空客公司推出的A320neo系列机的竞争进攻,20118月,波音公司匆忙为737飞机启动了安装新发动机的衍生机型,在结构上也作了一些改进,翼梢小翼是V型结构,采用LEAP-1B发动机,并将其命名为737 MAX系列机,包括737 MAX 7737 MAX 8737 MAX 9,如图10所示。737 MAX系列机将为航空公司带来未来成功竞争所需要的,更低的燃油成本。以便与空客公司的A320neo继续竞争,到20121737MAX系列飞机确认订单1100架,计划在2017年完成首架交付。图11所示为波音737 MAX和空客A320neo客机的外形比较。

图10 波音737 MAX系列飞机

图11 波音737MAX和空客A320neo的外形

 

加拿大庞巴迪公司的C系列飞机都安装有先进的发动机,其中C系列飞机的能效比空客A320或波音737飞机的都高,或将成为单通道窄体客机市场强有力的竞争者。即将试飞的俄罗斯MS-21和我国的C919客机也将成为竞争对手。

4)“大型-双发”宽体客机是竞争焦点。

“大型-双发”(‘Mega-Twin’)双通道宽体客机是飞机制造公司利润的主要来源,占企业利润的30%以上。所以无论波音公司还是空客公司都十分重视它们的研发工作。根据最新的波音公司对当前市场的展望,在今后20年里,400座飞机客运市场有5%的平均年增长率,在亚太市场则每年以6.3%的速度持续增长。全球需求其价值达10900亿美元的3300架这样的飞机。空客公司最新发布的全球市场预测,认为需要7273架这样双通道宽体飞机。

波音公司在上世纪90年代初研制了777系列全新机种,是世界上最大的双发宽体客机,销售形势也较好。但是,随着空客公司A350客机研制的进展,波音公司感到压力越来越大。特别是A350-1000的载客量与777-300ER相近,其航程还更远,将在350客座段客机市场非常有竞争力,是最省油的飞机。而且777客机毕竟已有20多年历史,面对机身和机翼全是碳纤维复合材料制成的A350-1000的竞争,波音777难以抵挡。为此,波音董事会在20 134月决定授权波音商用飞机部门向航空公司提供波音777飞机的衍生机型波音777-X。针对300-400座位段客机市场的不断发展,波音将开启为期6年的研发工作,下大力气改进777-300ER777-X,用以填补350座到400座客机空档,并抵挡空客公司A350竞争性的追赶,如图12所示。该机型最终计划在2019年投入运营。

图12 波音和空客公司大型-双发宽体客机竞争关系

波音777-X项目如图13所示,波音777-8X777-9X的出现,将使波音在323座级的787-10X467座级的747-8之间的产品系列更加丰富,见图14所示。波音777-X飞机将采用新型的第四代超临界碳纤维增强复合材料制造的机翼(a 4th-generation supercritical Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) wing),这也包含3种方案:翼展71.1米的机翼加后掠式小翼(raked wingtip)、翼展65米的加融合式翼梢小翼(blended winglets)、翼展68.6米的加融合式翼梢小翼,其折叠式斜翼梢和优化翼展提供更高的效率,节省燃油和现有机场“大门”的兼容性。碳纤维复合材料机翼可以使机翼面积较波音777-300ER-200LR增加约10%,从而降低着落进近时的速度并减少噪音,更好的升阻比,将安装更先进的GE9X发动机,将比现有波音777机型更省油。777-8X的航行距离超过“距离之王”777-200LR17200公里,达到17600公里,真正成为超远程飞机,是目前航程最远的飞机,比较适合从美国飞往中东和南非等地的长距离飞行。另外,波音公司还考虑到航空市场对一排10个座位的舒适经济客舱的强烈需求,如图15所示,将充分利用777客机机身(宽6.19米)比A350(宽5.96米)的宽23厘米的优点,发展这类客舱布局的777-X机型。

图13 波音777-X项目

图14 波音宽体客机的翼展宽度比较

图15 客舱每排10座的777-300ER市场增加情况

 

波音商用飞机公司表示:“我们的发展重点,是补充和延伸今天的双通道宽体客机家族,意味着我们提供全系列的飞机座位数和相匹配航程的需求市场。”波音的这些举措都旨在遏制空客A350 XWB竞争的上升势头。

20131117日,波音在2013迪拜航展宣布启动777X飞机(如图16所示)后,获得了259架订单和承诺订单,到2013年为止,波音777飞机的储备订单为380架。为此波音公司计划每年生产大约100架波音777飞机,即从今年到2020年生产600架。同时,波音公司称将777-X机型与现有777机型捆绑销售,并非常有信心将777的生产顺利过渡到777-X的生产。

图16 折叠式翼梢小翼和深红色涂装的777-X

要说波音公司的737MAX计划有些仓促应战,那么,波音777-X是经过精心策划的。

空客和波音公司的竞争已经有四分之一世纪,最近航空界所有的眼睛都盯在欧洲飞机制造商-空客公司,看它将如何应对波音公司最新的远程客机项目777-X,这是最新一期的竞争战略棋局。

空客在研制超大型客机A380 期间,因公司管理松散和技术问题,在总装配时发现严重不协调问题,导致50亿欧元的巨大损失,技术储备和财力几乎耗尽。在和波音 787 竞争的 A350XWB 客机(如图17所示)研制中又一波三折,开始时采用 A330 机身截面的基本设计以及仍然采用铝合金机身,遭到业界的强烈批评及用户的反对,只得重起炉灶加宽机身,并采用碳纤维复合材料机身,这样大大提高了成本,研制进度推迟了3年时间,打乱了空客公司的发展计划,A350-9002013614日试飞成功。很明显,现在空客公司无力再开发全新机种来应对波音777-X的挑战。这样在2020年前,空客A350-1000A380之间的客座段留下了很大市场缺口,给了波音777-300ER747-8777-X较好的发展机会。

图17 空客A350XWB系列飞机

汉堡的空客未来项目办公室联合亚琛和汉堡大学及德国航空航天研究中心对大型-双发(‘Mega-Twin’)新型远程客机(NLRNew Long Range)进行一系列的研究。最初的研究集中在一个非常大的双发喷气客机,具有470座位、像现役747-8那样大的飞机。然而,任何新产品的研发建议在空客公司里面临非常大的障碍。

20141月空客公司公布了一个有关大于747-8、小于A380客机、巡航速度0.85马赫和470座的双发新远程客机的研究报告,该建议的飞机会是A350-1000A380之间巨大市场缺口的有效桥梁,引起了读者的注意。但是,空客公司最近指出,没有计划推出下一个10年的新飞机的项目,公司的重点是渐进式创新。空客首席执行官法布里斯(Fabrice)给管理部门发出了一个明确的信息,我们需要把重点放在现有产品的不断改进上,而不是全新概念的飞机。

空客公司注意到,波音公司提出的407777-9X,仅仅是在368座的777-300ER基础上乘客数量增多10.6%。不难看到在这一前景良好的市场上,其飞机发展的乘客数量是逐步向上增加的,也不是马上填补A350-1000A380之间市场缺口。面对这一点,空客公司的竞争反应实际上是制定两个战略选择:第一个战略选择是进一步拉伸那已几经延迟数年的A350-1000客机的机身;第二个战略选择是搁置那较小A350-800变型,仅保留350座的A350-1000客机,而开发较大型的双拉伸机身的变型机种。

空客公司似乎听取航空公司的意见。因A350-1000的机身是由较轻的复合材料制成,可能它不需要一个与777-9X一样大的机翼,所以可拉伸A350-1000机身,使其能承载400 位以上乘客,这可能这是一个成功战略。

5)未来大型民机的设想

对更远的未来、如2030-50年后新型大飞机关键技术的创新和探索工作应作些什么?美国NASA和空客公司都有设想。大飞机仍然是长途洲际旅行的必要交通工具,所以研究具有超声速飞行能力的未来大飞机是一项迫切而艰巨的任务。同时须强调的是,考虑到对环境的影响,亚声速超绿色飞机研制是当代航空制造业的最重要任务,如图18 所示为空客公司概念飞机和NASA翼身融合体概念飞机的数字化模型。

图18 空客概念飞机(左)和NASA翼身融合体概念飞机(右)数字化模型

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