民用航空產業戰略研究

□ 鄭建華

上海電氣集團股份有限公司 上海 200233

1 民用航空產業定義

民用航空產業指在國民經濟中從事民用航空產品研制生產，并提供民用航空服務的相關行業的集合。民用航空產品主要包括商用航空器、通用航空器、機載設備、地面設備、空中交通管理設備等。其中，商用航空器主要包括干線客機、支線客機、民用運輸機等，通用航空器主要包括公務機、直升機、飛艇等各種低空飛行器，機載設備主要包括發動機、航電系統、機電系統等，地面設備主要包括機場設備、輔助設備等。

2 民用航空產業特點

民用航空產業主要有四大特點。

2.1 高資產投入和高風險并存

民用航空產品的研制和生產費用巨大，無論是整機制造，還是航空發動機、航空電子等部件研制，都需要巨額資本的長期投入。從民用航空產業鏈來看，一種機型從設計、試驗、原型機研制、制造工裝、試飛取證到啟動生產，預計至少需要20億美元的投入，并且需要300架以上的銷量才能達到盈虧平衡。民用航空產品的研制周期和生命周期又較其它工業產品長，大型客機研制周期一般都在5～10年，波音公司產品的平均研制周期為5年，空客公司產品的平均研制周期為6.5年。飛機產品交付市場后，其生命周期一般為20年，從賣出第一架飛機到收回投資又至少需要5～10年的時間。在如此長的時期內，市場需求極易受到世界經濟形勢和政治形勢的影響，巨額的資金投入使航空企業的財務風險和經營風險陡增。

2.2 高附加值與高關聯度共存

民用航空產業是典型的知識、技術、資本、人才密集型高附加值產業。據有關專家測算，若以船舶單位質量創造的價值為1計算，則小汽車為9，彩電為50，計算機為300，噴氣飛機為800，航空發動機為1 400。

民用航空產業與國民經濟其它產業，尤其是高新技術產業高度關聯。航空產品的研制與生產涉及航空學、機械學、電子學、信息學、材料學、力學、物理學等眾多基礎學科，覆蓋制造、物流、管理、金融、服務、培訓等多個領域。可見，發展民用航空產業，技術擴散作用明顯，可以有力牽引相關基礎學科研究發展。通過產業鏈優化升級，不僅能提升航空工業的整體水平，而且可以通過技術外溢帶動相關產業的發展提升。民用航空產業對機械、電子、材料、冶金、儀表、石化等上游產業，新能源、新材料、計算機等新興產業，基礎設施、環保、金融、培訓、服務等下游產業都具有強大的拉動作用。

2.3 知識和技術密集型極為典型

民用航空產業涵蓋先進制造技術、噴氣推進技術、自動控制技術、計算機集成技術、信息網絡技術、仿真技術等高新技術，涉及千余種專有技術和制造工藝，是典型的技術密集型產業。民用航空產品研發技術和制造工藝高度復雜，實踐性、過程性非常強。研制技術的高度復雜性顯示出實踐驗證積累與過程記錄重復再現的極端重要性，具有明顯的平臺積累效應。

技術創新是民用航空產業發展的動力與企業競爭的制勝法寶。波音公司依靠波音707和波音747兩個產品打破了原有的行業壟斷，并奠定了自身的行業霸主地位。空客公司憑借技術創新，在與波音公司進行一機一型的產品比拼中脫穎而出，尤其是在空客A320研制中首次采用電傳操縱技術及其在各型號飛機之間的通用性設計，奠定了空客公司在世界干線客機市場上與波音公司并駕齊驅的市場地位。航空產業的發展需要有扎實專業基礎和實踐經驗的專業技術隊伍，建立合理的人才梯隊，不僅包括大批掌握研發制造技術的專業人才，而且包括產業管理和市場開拓方面的經營管理人才。

2.4 國際合作和專業化進程加快

民用航空產業國際合作和專業化生產的趨勢越來越明顯。民用航空產品通過在全球范圍內配置生產資源，可以有效利用不同國家和企業的成本優勢和技術優勢，有效分散研制和生產過程中存在的巨大財務風險，達到提高競爭力的目的。巴西航空工業公司廣泛選用世界各國的優質部件，其50%的飛機設計技術來自世界其它國家。空客系列產品的研制與生產從一開始就是歐洲主要國家之間，以及與美國航空發動機、航空電子等研發公司國際合作的產物。波音公司將飛機分包業務擴展到全球，在全球擁有3 000多家供應商，波音787飛機近90%的部件和零件生產任務由供應商承擔。

隨著國際合作的廣泛開展，飛機制造商與更多有實力的系統供應商結成風險共擔伙伴關系，將更多的子系統集成和研制風險轉移到系統供應商，自身則充當金字塔尖的系統集成角色。發動機、機載設備等主系統領域具有較強實力的研制企業，通過并購重組、業務整合，逐漸成為領域內重要的系統集成企業。可見，民用航空產業形成了整機制造企業寡頭壟斷、主系統供應商相對集中的發展特點。

3 民用航空產業鏈基本構成

民用航空產業鏈指民用航空器在生產研制過程中，包含從最初的自然資源到最終飛機產品到達用戶手中各個環節的整個鏈條，其基本構成如圖1所示。民用航空產業鏈橫向包括飛機設計研發、飛機制造、適航審定、飛機營銷、航空運營服務、航空維修等環節，縱向包括航空公司、機場、空中管理、航空金融公司、咨詢公司等具體營運部門。

▲圖1 民用航空產業鏈基本構成

3.1 飛機設計研發

飛機設計研發指根據用戶提出的相關性能需求，確定項目計劃，提出概念設計，完成總體設計和詳細設計，通過分析、計算、仿真完成飛機空氣動力布局、子系統方案、參數選擇等一系列設計工作，使飛機性能最大限度地滿足用戶的需求。

3.2 飛機制造

飛機制造指根據設計要求進行原材料供應、零部件生產、子系統裝配、系統總裝集成等一系列生產制造過程。子系統裝配、系統總裝集成使飛機產品最終成型，是飛機制造的核心環節，也是整個民用航空產業鏈的關鍵環節。

3.3 適航審定

適航審定指適航審定部門對已成型出爐的飛機產品根據適航條例進行各項性能指標檢驗，這一過程需要相關方面提供有資質的試飛員，開放空域，并提供機場設施等。通常意義上的適航，一般認為是飛機生產出品后，由適航審定部門按照適航標準對其各項性能指標進行審定；而廣義上的適航包括對飛機研發、生產、運營、服務、維修等各環節的產品質量和服務水平，以及相關企業、機構或個人從業資質的適航符合性進行審查，囊括整個產業鏈的所有環節。

3.4 飛機營銷

飛機營銷指制造商將飛機產品全力推向市場，是實現飛機產品自身價值的關鍵環節。飛機營銷在飛機交付之前就已經開始。隨著飛機產品日臻成熟，性能差異日益減小，國際航空市場在很大程度上是比拼營銷服務。

3.5 航空運營服務

航空運營服務指飛機交付給航空公司后，由航空公司負責本飛機航班的日常運營和旅客服務，機場提供地面保障設施和人員，空管部門負責協調各航空公司航班的日常調度和空域管理。這一環節直接面向消費者，是產業鏈價值的最終體現，同時是關系到飛機產品能否在市場上站穩腳跟的重要環節。

3.6 航空維修

航空維修指專業航空維修公司對飛機及其系統部件進行日常維護和修理，是產業鏈的終端，也是價值鏈延伸的重要環節。

4 歐美民用航空產業鏈特點

4.1 美國

美國主要的航空企業基本分布在三個環節：研發設計、飛機制造、專業服務，并具有多層次的研發體系。在研發和工程設計環節中，除了波音等大型綜合性飛機制造企業外，還存在很多獨立的工程設計和研發企業。美國具有較為完整的飛機制造產業體系，發動機、材料、電子設備、信息與通信、部件制造、總裝等環節引領全球航空制造業。

在美國民用航空產業鏈中，專業服務業成為產業發展強大的支撐。美國航空產業中有大量咨詢公司，還有一些專有性較強的服務企業，如航空維修、航空租賃、飛機管理與服務等。此外，美國航空產業鏈中有多個著名企業，在設計、制造、服務等多個領域中居于領先地位，依靠這種領先地位逐步擴大產業鏈布局，形成多元化經營模式［1］。

美國民用航空產業鏈主要企業分布情況如圖2所示。

▲圖2 美國民用航空產業鏈主要企業分布

4.2 歐洲

歐洲民用航空產業鏈分布主要有三個特點。

（1）歐洲大型航空企業分布集中。歐洲大型航空企業主要分布在法國、英國、意大利。

（2）帶動大量中小型企業。在歐洲民用航空產業鏈中，芬蘭、瑞士、挪威、希臘等國有大量中小型企業為航空企業做配套服務。

（3）形成長尾型產業鏈。總體上看，歐洲地區形成了以英、法、意為核心，以幾家大型企業為龍頭，以大量中小企業為銜接的長尾型產業鏈。

歐洲民用航空產業鏈主要企業見表1。

5 我國大型客機產業鏈模式

我國大型客機產業鏈采用主制造商-供應商的運作模式，這是目前全球大型客機制造企業普遍采用的一種運作模式［2］。

我國大型客機的主制造商在海內外優選系統設備和機體結構等方面的優質供應商，重點加強飛機設計集成、總裝制造、市場營銷、客戶服務和適航取證等方面的能力建設。由于我國大型客機發展起步較晚，基礎相對薄弱，因此在一些子系統和重要部件的設計研制方面，與發達國家相比依然差距明顯。在動力、電子設備和材料等領域，我國大部分企業還未得到美國聯邦航空管理局或歐洲航空安全局的適航認證。可見，在我國航空產業的發展初期，通過全球優選供應商的方式可以使我國大型客機在較短時間內趕上國際先進水平。同時，我國也可以借此掌握大型客機先進技術的前沿動態和發展趨勢，不斷縮小差距。通過不斷積累，我國有望逐漸培育一批擁有國際競爭力的子系統和設備制造企業，參與大型客機市場的全球競爭［3］。

表1 歐洲民用航空產業鏈主要企業分布

6 民用航空部件

民用飛機主要由機體、機載設備、航空發動機組成，價值組成占比大約為機體35%、機載設備30%、航空發動機25%，標準桿、飛機內飾等其它部分占10%。其中，機載設備還可以分為航電系統和機電系統，其價值占比大約為 6∶4。

6.1 機體

機體指構成飛機外部形狀，用于承受飛機載荷，以及控制飛機飛行姿態的部分。機體主要包括機頭、機身、機翼、尾翼等。

機頭位于整個飛機的最前部，包括飛機駕駛艙、雷達艙、前部座艙等。其中，雷達罩安裝于機頭，用于保護雷達天線，保持飛機整體空氣動力學外形，減小阻力。

機身用于裝載人員、機載設備、燃油、貨物等，連接機翼、尾翼和起落架，平衡飛機的各部分載荷。

機翼主要用于產生升力，并使飛機具有橫側平衡、穩定性和操作性，包括前緣襟翼、后緣襟翼、副翼等。前緣襟翼是安裝在基本機翼前緣的一段或幾段狹小的小翼，通過增大翼型彎度來增大升力。后緣襟翼是安裝在機翼后緣靠近機身處的輔助翼面，用于增大機翼升力，改善飛機的起降性能。副翼是安裝在機翼翼梢后緣外側的一小塊可動翼面，是飛機的主操作舵面，用于控制飛機繞機身縱軸滾轉。尾翼用于保持飛機的縱向和航向平衡，使飛機具有縱向與航向的穩定性和操縱性，包括水平尾翼和豎直尾翼。水平尾翼安裝在機身尾部兩側，用于調整飛機的俯仰角度，控制飛機的飛行姿態，保持飛機在飛行中的穩定性。豎直尾翼安裝在機身后部，用于控制飛機航向運動，保持飛機航向的平衡性和穩定性。

6.2 航空發動機

航空發動機是一種高度復雜和精密的熱力機械，為航空器提供飛行所需的動力。作為飛機的心臟，航空發動機直接影響飛機的性能、可靠性及經濟性，是一個國家科技、工業和國防實力的重要體現。大型飛機發動機主要包括渦輪風扇發動機和渦輪螺旋槳發動機。這兩種發動機都具有壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪。渦輪螺旋槳發動機主要用于速度低于800 km/h的飛機，渦輪風扇發動機主要用于速度更快的飛機。

6.3 機載設備

機載設備指在飛機飛行中接收各種信息和指令，進行傳遞、處理、顯示、反饋和控制的設備，用于保證飛行安全，并完成飛行任務。一般而言，機載設備分為航電系統和機電系統。

航電系統用于實現飛機的信息管理和控制，包括顯示控制系統、飛行控制系統、導航監視系統、通信系統、飛行管理系統、客艙娛樂系統等。顯示控制系統是飛機主要的人際交互接口，負責進行信息交互和管理。飛行控制系統用于控制飛機的飛行姿態和航跡，保障飛機的可操縱性。導航監視系統用于引導飛機沿既定航線飛行，提供周邊態勢感知并預測飛行參數，保證飛機在各種條件下安全穩定飛行。通信系統用于飛機與飛機、飛機與地面之間的外部語音通信和數據鏈通信，以及機組成員間的內部通話和乘客廣播。飛行管理系統用于生成飛行計劃，確保飛行計劃的實施，實現飛行計劃的自動管理和控制。客艙娛樂系統為旅客提供視頻、音頻、游戲等娛樂服務。

機電系統用于實現飛機機械電力保障功能，包括輔助動力系統、環控系統、液壓系統、電源系統、照明系統、機輪剎車系統等。輔助動力系統獨立于主發動機，為飛機提供輔助和應急功率。環控系統用于控制飛機內空氣壓力、溫度、濕度、流量等大氣參數，保障飛機內人員和設備擁有適宜的休息和工作環境。液壓系統用于飛機操縱面和部件的供壓、傳動與控制，可以操縱舵面、起落架、機輪剎車，收放襟翼、減速板，調節進氣道等。電源系統為飛機提供電力能源，包括發電系統、配電系統、二次電源控制系統。照明系統用于飛機內外照明和應急照明。機輪剎車系統是飛機滑行的輪動控制系統，包括起落架、機輪、剎車燈。

7 民用航空加工裝備與工藝

7.1 機身加工裝備

飛機機身結構中的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等，以扁平件、細長件、多腔件和超薄壁隔框結構件為主。毛坯為板材、鍛件和鋁合金擠壓型材，應用復合材料是今后飛機機身的發展方向。

飛機機身典型零件加工過程中，所需的主要裝備包括：

（1）三坐標加工中心，如大型龍門立式加工中心；

（2）五軸聯動加工中心，如大型龍門立式加工中心，應配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭；

（3）大型龍門式雙主軸五坐標加工中心，工作臺尺寸可以達到5 m×20 m以上，用于加工梁類零件；

（4）大功率高速加工中心，功率高于40 kW，主軸轉速20 000 r/min以上，帶兩坐標擺角銑頭，用于加工鋁合金件。

由于整體鋁合金件切削加工去除量大，為便于排屑，最好需要工作臺可以翻轉90°的臥式加工中心，但目前國內尚無這種臥式加工中心。

飛機機身結構件品種多，形狀各異，且工藝剛性差，需用大量夾具。為降低成本，縮短生產準備周期，需要各種柔性夾具。

鈑金成形件主要涉及蒙皮、型材、導管等曲面成形，要求成形精準。為保證制造精度，需要大規格蒙皮拉伸機、蒙皮滾彎成形機、三軸滾校平機、型材拉彎機、導管成形機等。

飛機部件裝配時還需要自動鉆鉚設備。

為減輕飛機質量，復合材料的應用越來越多，制作復合材料構件需要鋪帶機等設備。

7.2 航空發動機加工裝備

航空發動機的機匣材料是一種難加工、耐高溫、高強度鈦合金材料，機匣又是薄壁、弱剛性結構，型面復雜，精度要求高，加工難度大。航空發動機的葉片材料為耐高溫的鈦合金材料，大型寬弦空心風扇葉片采用寬弦、空心、帶阻尼凸臺結構，選用質量較輕的鈦合金或樹脂基材料。葉片有很多冷卻用小孔，目前主要采用激光打孔或機電脈沖打孔。

航空發動機關鍵零件加工所需的主要裝備包括：①配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭的五軸聯動加工中心；② 五坐標葉片銑床；③ 整體葉盤高效加工中心；④工作臺尺寸3 000～5 000 mm的數控龍門鏜銑床；⑤ 精密數控立式車削中心；⑥ 數控立式車床；⑦精密數控車床；⑧ 車銑復合加工中心；⑨ 隼尺導圓專用加工中心；⑩ 激光熔覆加工機床；? 電火花成形加工機床；? 數控臥式車床；? 數控立式磨床；? 數控緩進給磨床；? 端面弧尺磨床；? 高速轉子葉尖磨床；? 700 t電動螺旋壓力機；? 板類件無模多點成形壓力機；? 定向或單晶熔鑄爐；? 用于葉片制孔的電流束流設備、小孔加工單元及真空熱處理爐。

7.3 復合材料加工工藝

復合材料的技術不斷成熟，使材料性能最優和成本最低成為可能，從而大大推動復合材料在飛機上的應用。大型飛機制造商在飛機設計制造時，正逐步減小傳統金屬加工的比例，優先發展復合材料制造。根據用途、批量、市場等的不同要求，航空用復合材料產品的成形工藝采用手工鋪層、半自動成形、全自動成形及液體成形等技術［4-5］。

7.3.1 手工鋪層

目前，手工鋪層仍是被廣泛使用的傳統成形方法。手工鋪層方法的優點是可使蒙皮厚度有大的變化，進行局部加強，嵌入接頭用的金屬加強片，形成加強筋和蜂窩夾芯區等。手工鋪層的缺點是要求鋪層人員有很高的技藝和豐富的施工經驗，且費工費時，效率低，成本高，難以適應大批量生產和大型復雜復合材料制件的生產要求。

7.3.2 自動鋪帶

自動鋪帶技術采用有隔離襯紙的單向預浸帶，裁剪、定位、鋪疊、輥壓均采用數控技術自動完成，由自動鋪帶機實現。隨著自動鋪帶設備、編程、計算機軟件、鋪帶技術及材料的進一步發展，自動鋪帶的效率越來越高，性能越來越可靠，操作性也越來越友好。與手工鋪層相比，先進鋪帶技術可降低30%～50%制造成本，可成形超大尺寸和形狀復雜的復合材料制件，而且質量穩定，縮短鋪層及裝配時間，并使切削加工及原材料耗費減少。

7.3.3 自動絲束鋪放

自動絲束鋪放技術結合了自動鋪帶和纖維纏繞技術的優點，將纏繞技術所用的不同預浸紗束獨立輸送和鋪帶技術所用的壓實、切割、重送功能結合在一起，由鋪束頭將數根預浸紗束在壓輥下集束成為一條寬度可變的預浸帶，然后鋪放在芯模表面。鋪放過程中加熱軟化預浸紗束，并壓實定形。與自動鋪帶相比，自動絲束鋪放技術可以成形更復雜的結構件，材料消耗率更低，特別適用于復雜構件的制造。

7.3.4 熱壓罐固化成形

熱壓罐固化成形是航空復合材料結構件傳統的制造工藝，具有產品重復性好、纖維體積含量高、孔隙率低或無孔隙、力學性能可靠等優點。熱壓罐固化成形的缺點主要有能耗高、運行成本高等。目前，熱壓罐成形都采用先進的加熱溫控系統和計算機控制系統，能夠有效保證罐內工作區域溫度分布均勻，并保證復合材料制件的內部質量和批次穩定性。

7.3.5 液體成形

復合材料液體成形已是十分普及的工藝，以樹脂轉移成形為主體，包括各種派生的樹脂轉移成形技術，有25～30種。樹脂轉移成形的優點是成品損傷容限高，可成形精度高、孔隙率小的復雜構件及大型整體件。隨著新型增強材料結構的不斷創新，編織技術、預成形體技術與樹脂轉移成形技術相結合，形成了新的工藝發展和應用方向。

7.3.6 隔膜成形

隔膜成形原是一種為熱塑性復合材料開發的成形工藝，后被發現用于熱固性復合材料有廣泛的用途。隔膜成形具有成形過程中纖維不易滑動、不易產生褶皺的特殊功效，非常適用于加工大型飛機機翼前梁的C形截面。在近年推出的空客A400M等大型飛機前梁C形截面加工中，已廣泛采用了這種工藝。

7.3.7 復合材料制件加工、裝配及無損檢測

復合材料制件屬于脆性各向異性材料，采用常規加工方法不能滿足復合材料加工質量的要求。復合材料生產需配備大型自動化高壓水切割機、超聲切割設備和數控自動化鉆孔系統等專用設備，以滿足復合材料制件經加工后無分層磨損且符合裝配尺寸精度的要求。

柔性裝配、自動鉆鉚等先進技術集成應用于復合材料大型部件的自動裝配中，可減少裝配工裝的種類和數量，提高裝配效率和裝配準確度，并提高快速響應能力，縮短飛機裝配周期，增強飛機快速研制能力。

復合材料制件無損檢測需要配置大型超聲掃描設備和X光無損檢測設備，此外，激光剪切攝影及激光超聲檢測也是主要的發展方向。

7.3.8 復合材料制件數字化設計制造一體化

復合材料制件數字化設計制造一體化以復合材料設計、制造平臺和復合材料數字化制造設備為軟硬件基礎，通過對產品進行全面描述和數據傳遞，實現設計與制造之間的無縫集成。

復合材料制件數字化設計制造使實施并行工程成為可能，在早期設計階段解決制造問題，大大減少車間修改和重復工作。設計和制造數據無縫集成，縮短了制造時間，減小了人工編程的誤差，提高了制件質量。

綜上所述，隨著復合材料在飛機上用量的遞增，復合材料制造業迅速成為飛機制造業的主要組成部分，復合材料制造工藝和專用設備是民用航空生產領域中的關鍵技術之一。

8 民用航空市場預測

8.1 全球

中國商飛公司發布的 《2017～2036年民用飛機市場預測年報》稱，預計未來20年，基于全球經濟保持2.8%的年增長速度，全球旅客周轉量將以平均每年4.4%的速度遞增，各座級噴氣客機的交付量將達到43 013架，價值約5.78萬億美元，用于替代退役客機和支持機隊的發展。

波音公司發布的 《2012～2031年民用航空市場展望》稱，預計未來20年，全球機隊規模將實現翻番，市場將需要3.4萬架新飛機，價值4.47萬億美元。其中，干線飛機約3.2萬架，支線飛機（不含渦輪螺旋槳支線飛機）為2 020架。中國、印度和其它新興市場的強勁增長是未來20年飛機交付量上升的主要原因。

空客公司發布的 《2011～2030年全球市場展望》稱，未來20年全球將新增超過2.78萬架飛機才能滿足市場需求，其中100座以上的客機需求增加超過2.69萬架，對貨機的需求也將增加900架以上。屆時，全球客機總數將達到3.15萬架，數量是目前1.5萬架的兩倍。

8.2 國內

中國商飛公司發布的 《2017～2036年民用飛機市場預測年報》稱，未來20年，我國將繼續保持相對高速的經濟增長速度，穩步的經濟增長將給航空運輸業帶來發展。未來20年，預計我國航空機隊年均增長率為5.2%，旅客周轉量年均增長率為6.1%，將接收8 575架客機，價值約1.21萬億美元。

到2035年，我國民用航空機隊規模將達8 684架，其中單通道噴氣客機5 539架、雙通道噴氣客機2 048架、噴氣支線客機1 097架。未來，我國將成為全球民用航空產業的主要市場。