民用飛機先進技術展望

◎中國工程院院士、中國商飛公司首席科學家、C919大型客機總設計師 吳光輝

一、發展前景

（一）國家戰略轉型提出新要求

未來民用飛機的發展將具有怎樣的前景和機遇？隨著智慧民航的建設，大飛機的發展是很光明的。總書記在商飛曾說過：“我們要做一個強國，就一定要把裝備制造業搞上去，把大飛機搞上去，起帶動作用、標志性作用。”同時還有一段話：“中國是最大的飛機市場，過去有人說造不如買、買不如租，這個邏輯要倒過來，要花更多資金來研發、制造自己的大飛機。”這是總書記給我們的一個任務。

國家對未來轉型的新要求、新業態，包括對科技人員提出了新要求。“十三五”期間，在科技部以及張軍院士的領導下，國家在未來科技發展中提及了民航發展；在“十四五”和到2035年之前的一個科技規劃重要時間節點，國家談到了更多關于大飛機、民用航空的發展，以及對全國樞紐建設、通航的良好長遠規劃。可以看出在國家戰略轉型的過程中，中央領導對我們的要求就是我們未來發展的巨大機遇。

吳光輝院士

（二）全球技術進步帶來新機遇

全球的科技進步對科技發展帶來了良好機遇：首先，在高技術產品更新換代的加速方面，新材料、新電子、新技術的更新迭代，包括衛星通信等，都對大飛機、民用航空具有深遠影響；第二，當前各發達國家紛紛實施“再工業化”戰略，從奧巴馬期間的美國重返裝備制造業，到歐洲都提出的新航空發展規劃；第三，新一代信息技術和制造業的深度融合，交叉融合技術將會對民航和民用飛機帶來新機遇。

過去做飛機的理念是先將飛機做出來我們去用，但是這樣造出來的飛機與實際的發展、未來的需求存在脫節，因此我認為下一步發展是新技術融合與民航發展的緊密接觸，包括新材料、新技術等應用，都將會為新飛機、民航業的發展帶來更多新機遇。

（三）未來民機發展指向新方向

未來民用飛機的發展新方向是產品譜系的進一步健全。國家未來發展新方向一定是譜系上的完善，還會出現超音速客機。例如當前大家熱議的美國開啟的商業太空旅行，每人要價至少25萬美金，由此可見很多飛機產品譜系的完善可以催生更多新業態，同時也會對新興技術的發展起到推進作用。

（四）市場競爭格局產生新變化

二次世界大戰時期共有58個飛機制造商，其中約有88款噴氣式客機，但最后全部退出了歷史舞臺。由此可見即使是大國在做飛機方面也存在很多困難，具有先進技術且實力雄厚的日本在做支線機方面也很困難。但目前我們ARJ21已經交付給客戶50余架飛機，其中在成都就有近20多架飛機在運營，飛向祖國各地。其實我國的ARJ21和日本MRJ是同期啟動的，但MRJ到目前為止仍沒有完成試飛，七八年前MRJ到西雅圖整個三架飛機開始試飛，但由于存在一些適航問題，很多技術問題無法解決，最后又把CRJ系列買過去，因此這個市場格局競爭會對未來飛機的發展產生影響。

（五）復雜國際形勢催生新挑戰

當前世界面臨百年未有之大變局，國際復雜形勢所帶來的新挑戰對我們來講是產業鏈、供應鏈安全穩定的問題，同時也是自主的問題。要實現關鍵新技術、新材料等的自主可控，我們仍需要一個開放的政策，需要建立一個更加安全穩定的供應鏈，為民航業的發展提供保障。

（六） 疫情對民航業帶來新業態

在疫情這個特殊背景下，飛機、航空領域催生了新業態，同時也對我們提出新要求，那么，航空將如何更好應對？例如，若我們一旦發現一個異常，整個飛機都要進行隔離，前后6排都要隔離14天，這對于航空運營存在較大影響。因此，誰在未來的基礎設施中解決這個問題，誰就將會在行業內獲取先機。我認為疫情過后，航空業存在爆發性的增長，增長一定會對我們的業態產生新的影響。

（七）航空市場前景依然廣闊

我們對未來航空的發展是非常有信心的，商飛對未來飛機的一個總體預測是：2018年到2039年，我們將會達到接近1萬架飛機，全球將會超過4萬架飛機。到2025年，中國很可能超過美國，成為世界運輸量第一名。在2025年到2030年期間，我們一定會實現世界第一。在對民航未來這樣的預測下，智慧民航的提出是十分必要的，智慧民航將在飛機市場、在航空市場、在航空發展等方面發揮重要作用。

二、發展趨勢及核心技術

（一）商用飛機不同發展階段的性能指標要求

商用飛機在不同階段其發展指標要求均不相同，比如說在20世紀50年代到70年代，通過商用飛機的飛信號數字讓我們了解了疲勞問題；707出現的一些問題讓我們知道了除不同安全壽命設計以外還存在損傷容限上問題。在上一階段的運輸發展中，我們累積了很多經驗，例如適航條例，都是用血和生命換來的，每一個條例都是在大量工作和一些事故中提升了標準。一直到20世紀70年代甚至90年代，并沒有太多革新的東西出現，而未來的發展將是智能的，其性能指標要求將更適合于飛行，而人為因素將會極大地降低。

（二）升級技術+融合技術，打造“六性”商用飛機

未來的飛機可能將是自動駕駛有人值守的，與無人飛行類似，但不同的是有人值守，這樣的做法將使勞動強度大幅度降低，大家出行會更方便。智能飛機的實現是技術的升級加融合，是航空技術的提高，比如說阻力的減少、新型動力的出現、噪聲的進一步降低、新型發動機、新型材料、多電、航電這些技術的發展；第二個是融合技術，例如區塊鏈、5G，還有我們將來的北斗導航，利用所有技術融為一體形成立體交通，還有很多跨界多學科的結合，組合到一起打造六性的商業飛機，六性即為安全性、經濟性、環保性、舒適性、智能性、快捷性。

（三） 民機未來核心技術版圖

六性商用飛機可以達到提高氣動效率、減少重量的效果。節能減排是我們經常提到的，國家提出在2030年要實現碳達峰，2060年實現碳中和，因此在航空發展中將我們將減排提到了很高的位置。安全導航、智能便捷、快捷高效會延伸一系列飛機技術的出現。未來民機從需求到最后飛機技術應用將出現一系列先進技術。

在制造方面，目前我們也在探索智能制造，比如商飛第一個5G工業園區實現了六個一：全球第一個5G工業園區；第一個5G全連接工廠；第一個基于5G的新型工業互聯網平臺；第一批5G工業創新應用場景；第一批5G工業創新智力成果；第一個全產業鏈5G制造創新生態。

民航的智慧出行，從預定開始，通過智能芯片、導航芯片實現大腦思考什么，現實就會顯示什么。在智慧運營方面，例如等效目視飛行，充分利用合成視景系統在圖形化顯示、精確導航、多維度態勢感知等方面的優勢，提升低能見度進近、著陸和起飛的能力。

要促進技術中智慧運營方面，例如怎樣解決復雜氣象的問題，我們也在探討前期的氣象信息是否能實時傳回，地面的氣象雷達和飛機上的氣象雷達融合在一起，作為放行依據之一。這都是未來智能飛行可能出現的一些場景，也是實景融合加虛擬現實。比如起飛時，通過紅外探測進行引導與滑行，通過AeroMACS+5G防撞系統，實現車輛、飛機的智慧防撞，數據鏈的導航路線一鍵接收，飛機自動發現高效安全的起飛決策，不用人工輸入命令去做太多的干預。

爬升也將是一種智慧、經濟的爬升，或者根據不同的需求來做航路上的爬升。尤其是4D航跡，不再需要到空中進行繞飛。如果我們精確地將所有的排序都排好，飛機在空中調節飛行速度，就可以實現效率的提高。在整個飛行航路上，我認為在滑行階段，通過AeroMACS+5G+紅外+雷達感知，加上北斗，利用5G分米級的定位，完全可以實現車、人、障礙物、飛機的合理避讓。

在空中時，巡航階段對飛機周邊環境態勢的感知、行為的預測、航道的切換、實景的增強可以實現自動決策有人干預，無人飛行有人值守、靈活的航路管理等。

在落地時，可以通過機場跑道及其周邊環境態勢感知、進近安全評估、進近操作輔助指引、復雜環境下進近著陸規劃、夜間/雨天環境下進近與著陸控制、滑行自動引導/人工智能自動生成滑行路線、實時監控飛機尾流，縮短飛機起降間隔，以及對雷雨的精確規避。另一方面，我們希望可以實現起飛間隔時間的縮短，例如考慮利用紅外精準探測熱尾流，通過具有離子流的測試將機場上的尾流輸進，以實現一分鐘放一架飛機，再通過飛機起飛以后的時間間隔，對不同的航向、航路進行劃分或調配，使得每一條跑道起降間隔均可以實現縮短。通過智慧的賦能，未來空管可以創造一個良好的運行條件，相信通過智慧民航的建設，出現晚點的情況會越來越少。

通過民機的智能運營、維護，可以實現一旦飛機在空中出現問題，快速智能檢測，并在落地的第一時間實配套備件進行維修，從而對下一個航班不造成影響。

（四）智慧通航展望

智慧通航在我國疫情防控和復工復產工作中都發揮著重要作用。未來智慧通航要突破新一代飛行器關鍵技術，實現智慧空域管理與智慧飛行運行。

（五）無人貨運飛機應用

無人機貨運的發展具有良好的前景。相較于無人客運，目前已經有好幾條航線在做無人貨運，目前我國貨運航班均為半夜起飛，若未來實現無人貨運飛機的應用，就可以更好提高效率，可見其未來發展非常廣闊。

（六） 國外民機未來發展方向

在國外民航未來發展中，美國提出了六大引擎和四大計劃，歐洲也提出了2050年的航跡規劃。

（七）波音公司和空客公司新技術新產品

波音和空客都提及了眾多新產品新技術。波音公司提及了推進可持續發展、未來UAM生態系統、促進生物安全、可持續燃料（SAF）等；空客的新產品新技術涉及數字化、零排放、能量回收技術、自主飛行等。

三、未來產品預測

（一）新構型民機技術日趨成熟

當前民機的技術日益成熟，新型飛機的技術和一些構型的驗證機，當前已經具有幾十款，16個典型的超音速飛機。

（二）超音速民機將重返天空

可以預見，2025年可能會出現超音速民機。前不久，美國總統拜登也宣布要發展超音速飛機，可見這是未來的一個新發展趨勢。

（三）新能源民機將應運而生

空客日前宣布了它的電動飛行計劃，我們目前也在著手研發。若未來可控核聚變能夠產生小型核堆，則航空的發展會實現進一步飛躍，同時新能源民機也將應運而生。

（四）面向大眾的“城市飛的”將成為現實

面向大眾城市化的出行，未來可能會出現飛行汽車、多樣化的立體交通，遠途飛行將采用超音速、采用大型飛機，而近程我們采用一種小型短途或者無人汽車。

從航空的最初發展到現在，人類對于飛行夢想的追求從未停歇，同時人們對美好生活的需要不斷增加，大飛機承載著中國人的夢想，相信未來的民航一定會有更好的發展，我們的事業會更加輝煌！