新格局下航空業的生存之道

董幗雄

盡管過去的2020年，對于全球航空業來說，是極為困難的一年，但行業并沒有停下創新的腳步。相反，在這場危機之下，供應鏈企業開始思考如何通過技術創新來重新尋找自己在行業內的地位。其中，一些企業正在向著“能夠對不斷變化的需求做出快速響應，并按需生產”的理想目標來進行轉型升級，一些企業開始投身基于環保理念的跨領域合作。盡管不同的企業有著不同的發展思路，但有一點可以確定的是，在行業處于低谷、產業進入新一輪格局重組的當下，創新技術或將在其中充當極為關鍵的角色。

航空新材料的低成本應用

盡管2020年年初爆發的新冠肺炎疫情對于行業來說是一個突發事件，但這場疫情對于行業的影響或將是長期的。其中一個最為明顯的特點就是，生產成本已經成為了制造商越來越關心的話題。

以復合材料為例，如今這一新型材料在飛機制造中扮演著越來越重要的角色，但居高難下的生產成本一直是困擾行業的難題。如今，一場疫情讓企業開始加快通過合作的方式來共同探討復合材料的低成本制造。

其中，波音公司正在牽頭進行一項名為“快速高性能制造技術”項目（RAPM），行業內知名的材料供應商索爾維等都參與了這一項目。波音希望通過這一項目把一些復合材料零件成形時間控制在30分鐘以內，從而通過高效工作來降低生產成本，最終達到復合材料在某些零件上的生產成本可以與傳統的鋁合金材料競爭的目的。

在這一項目中，波音和材料供應商一起成功探索了幾種飛機上典型零件的低成本制造方法，也大膽對工藝進行了改進和完善。比如，在試驗過程中波音使用了英國Surface Generation公司的“生產加熱和成形規范控制系統”，實現了加熱加壓的自動化，提高了生產效率。同時，波音在降低制造成本的同時，還通過技術創新提高了零件的質量，如在制造熱固性的預制件時，為防止褶皺現象采用彈簧框壓模技術等。

在歐洲，歐盟和空客試圖通過采用低成本非熱壓罐（OAA）制造技術、樹脂轉移模塑（RTM）技術來降低新材料的制造成本。

空客與模具企業阿爾派、設備制造商克勞斯瑪菲等合作，在奧地利政府的資助下啟動了一個名為“斯巴達”的項目。在這個項目中，空客通過采用使用數字化技術的新一代RTM技術生產了A350艙門框架。在傳統的生產工藝中，這個門框高2米的飛機艙門的整個制造過程大約需要三天時間，并需要很多復雜的多件套工裝。但在采用了創新的RTM技術后，整個生產成形時間縮短至4小時。

歐盟啟動了一個名為“面向小型飛行器優化的復合結構”的項目，其中一個目標是通過集成的結構和自動化的液體成形方法來降低支線飛機等小型飛行器的生產成本。知名的比亞喬公司、赫氏公司等都是該項目的參與者。在這一項目中，反饋指示機器人、更加自動化的鋪層技術等被大量使用，旨在打造一個具備自適應控制系統的復合材料生產新模式，從而大大壓縮生產周期，降低生產成本。

從上述這幾個項目中，我們不難發現，如今歐盟等國家的企業都在從1～2米的框、梁等結構入手，通過技術創新，探索將復合材料引入主結構制造的同時降低生產成本。從長遠來看，如果這些探索最終能夠投入生產的話，那么窄體客機和支線飛機每年上千架的產量將為制造商節約巨大的生產成本。尤其是A320和737系列飛機的很多零件都是幾十年前設計的，工藝水平也相對落后，如果這些創新技術能夠投入使用的話，將大大提高生產效率。

困境中積極布局綠色飛行技術

除了生產制造工藝的探索之外，2020年飛機制造商還在積極布局綠色飛行技術，無論是空客還是波音，在這方面都有大動作。

盡管深陷危機，但波音并沒有停止對其“生態演示驗證機”項目的推進工作。2020年7月，波音宣布采用阿提哈德航空的一架787-10飛機為第七架飛行測試平臺，完成飛機降噪技術和先進的空中交通管制技術驗證工作。

波音生態演示驗證機項目2010年正式啟動，該項目通過與行業、政府合作，采用客運和貨運飛機為平臺，評估與安全性和效率有關的創新技術。該項目的最終目標是瞄準整個航空生態系統的進步，對可提高效率、降低噪音、改善飛行體驗的技術進行驗證、改進和應用。

2020年在該項目的降噪技術驗證方面，波音與美國國家航空航天局（NASA）密切合作，描繪出了787的噪音特征圖。之后，波音在787飛機上配備了222個“動態壓力傳感器”，其中214個安裝在機身上，8個安裝在賽峰的起落架上。項目團隊使用這些傳感器以及地面上的1006個附加聽聲器陣列，檢測飛行過程中787的噪聲，從而提供了飛機上噪聲源的映射圖，由此就能夠準確指出飛機上噪聲的來源，為后續的改進提供數據支持。同時，在測量了787的基準聲音之后，波音還與賽峰起落架系統合作，評估賽峰的低噪聲起落架整流罩對于降噪的作用。波音表示，這些測試結果將幫助確定這款整流罩在波音787和其他飛機上使用的可行性。在空中交通管制技術驗證方面，波音通過演示驗證機項目驗證了數字數據傳輸技術的可實現性。波音表示，這項技術取代了語音通信，使飛行路線和相關數據能夠以數字方式從ATC系統傳輸到飛機（甚至直接傳送到飛機飛行管理計算機）和航空公司的運營中心，幫助管制員在緯度、經度、高度和時間四個維度上更好地管理空中交通，更可以通過提高飛機航路效率來幫助航空公司節省燃油，降低運營成本。

空客在2020年出其不意地公布了全球首款零排放民用飛機的三種概念機型。從空客公布的信息中可以看出，這些概念機不僅各自代表了實現零排放飛行的不同方法，更體現了空客試圖通過探索各種技術途徑和空氣動力學構型來實現引領行業未來發展的雄心壯志。

一直以來，空客都致力于通過新技術應用和新產品研發來全力支持歐盟在《歐洲航空愿景2050》報告中提出的環保目標。E-Fan項目就是其中一個典型的代表，但由于電池技術的發展沒有達到預期的速度，再加上受到疫情影響，空客暫停了該項目，并把重心轉移至通過氫來解決航空業的碳排放問題。當然空客的這一決定與歐盟2020年出臺的一系列報告明確了氫在航空業的應用前景有著密切的關系。法國政府為支持空客的這一決定也豪擲了百億歐元。

根據空客團隊的規劃，2021年公司將先研制一款氫動力地面驗證機，用于解決有關氫動力生態系統特有的一些復雜技術風險。到2024年，空客才會最終決定氫能動力飛機的設計方案，并在2025年內實現技術驗證機的首次飛行。如果進展順利，2035年首架氫能飛機將投入商業運營。

客觀來看，對于空客來說最難的恐怕是讓合作伙伴相信，是時候采用新能源了。這是因為對于推出全新能源的飛機，并不是空客一家愿意投入數十億歐元就可以解決問題的，還需要合作伙伴的大力支持。這其中不僅包括發動機制造商這樣的傳統合作伙伴，更需要整個航空運輸產業鏈企業的積極配合。但目前看來，還沒有合作伙伴對此明確表態，相反不少企業認為，空客和歐盟擬定的時間期限或許過于樂觀了。

5G、機器人從概念變現實

在突發疫情的沖擊下，航空產業鏈上的企業開始反思如何通過技術手段實現多種產品共線生產的柔性生產線，能夠增進工廠管理生產的更多數字化工具、更為精簡的自動化內部流程、智能化數據化的管理結構，于是5G技術、智能機器人等被企業視為新格局下的生存之道。

如今，地面5G網絡已經在多行業得到了廣泛應用，盡管在商用飛機上還未能在空中實現5G網絡連接，但航空業正在大力推動這項技術的應用。

美國空中互聯網供應商Gogo公司正在開發一種新型天線和調制解調器，并已經于2020年完成了地面點建設和飛行測試工作，根據計劃將在2021年年底實現世界上第一個機上連接5G空對地網絡。

在機場和航空維修企業，5G技術在2020年也進一步得到了推廣與應用。2020年，諾基亞通過使用其數字自動化云端到端私有無線網絡和邊緣計算平臺，在德國漢堡部署了一個5G專用無線網絡，漢莎技術公司利用該網絡開展了一項名為“虛擬臺板”檢查項目。在這個項目中，漢莎的維修工程師利用5G網絡就可以在所在地的工廠內通過遠程虛擬協同的方式對發動機零件進行檢查。同時，諾基亞還在與比利時的移動運營商合作，計劃在布魯塞爾機場使用相同的技術探索機場5G網絡應用。

除此之外，業界還開始研究如何使5G技術成為無人機、電動出租飛行、空中交通管理部門以及無線網絡服務供應商之間數據和信息的共享媒介。NASA更是直言將進一步探索5G在低空空域的數據共享，為此NASA已經贊助了多個用于開拓先進空中機動（AAM）市場中通信、導航系統的發展需求項目。

考慮到后疫情時代，成本將成為制造商重點關注的領域之一，機器人的應用將進一步加大。為此，產業鏈中的相關配套企業已經開始提前進行新技術的布局。

例如，法國知名的Coriolis公司為了進一步提高大型結構件市場復合材料的制造效率，開發了全新的C5自動鋪絲機。該設備是當前最先進、最靈活的干纖維鋪放系統之一，充分滿足了飛機制造商對于幾何形態極為復雜的零部件的生產需要。

此外，德國航空航天中心還首次測試了機器人的雙工位生產法，兩臺機器人在具有重疊工作區域的軌道上同時鋪設飛機機翼外殼纖維。為了最終實現這一生產方式，德國航空航天中心還聯合多家企業啟動了名為GroFi的項目，即多機器人AFP/ATL制造單元項目。顯然，這種多機器人鋪設模式是倍速提高生產效率的有效方式，如果這一方式最終得以應用，標志著航空復合材料制造技術朝著低成本、高效率邁出了巨大的一步。