民用航空产业战略研究

□ 郑建华

上海电气集团股份有限公司 上海 200233

1 民用航空产业定义

民用航空产业指在国民经济中从事民用航空产品研制生产，并提供民用航空服务的相关行业的集合。民用航空产品主要包括商用航空器、通用航空器、机载设备、地面设备、空中交通管理设备等。其中，商用航空器主要包括干线客机、支线客机、民用运输机等，通用航空器主要包括公务机、直升机、飞艇等各种低空飞行器，机载设备主要包括发动机、航电系统、机电系统等，地面设备主要包括机场设备、辅助设备等。

2 民用航空产业特点

民用航空产业主要有四大特点。

2.1 高资产投入和高风险并存

民用航空产品的研制和生产费用巨大，无论是整机制造，还是航空发动机、航空电子等部件研制，都需要巨额资本的长期投入。从民用航空产业链来看，一种机型从设计、试验、原型机研制、制造工装、试飞取证到启动生产，预计至少需要20亿美元的投入，并且需要300架以上的销量才能达到盈亏平衡。民用航空产品的研制周期和生命周期又较其它工业产品长，大型客机研制周期一般都在5～10年，波音公司产品的平均研制周期为5年，空客公司产品的平均研制周期为6.5年。飞机产品交付市场后，其生命周期一般为20年，从卖出第一架飞机到收回投资又至少需要5～10年的时间。在如此长的时期内，市场需求极易受到世界经济形势和政治形势的影响，巨额的资金投入使航空企业的财务风险和经营风险陡增。

2.2 高附加值与高关联度共存

民用航空产业是典型的知识、技术、资本、人才密集型高附加值产业。据有关专家测算，若以船舶单位质量创造的价值为1计算，则小汽车为9，彩电为50，计算机为300，喷气飞机为800，航空发动机为1 400。

民用航空产业与国民经济其它产业，尤其是高新技术产业高度关联。航空产品的研制与生产涉及航空学、机械学、电子学、信息学、材料学、力学、物理学等众多基础学科，覆盖制造、物流、管理、金融、服务、培训等多个领域。可见，发展民用航空产业，技术扩散作用明显，可以有力牵引相关基础学科研究发展。通过产业链优化升级，不仅能提升航空工业的整体水平，而且可以通过技术外溢带动相关产业的发展提升。民用航空产业对机械、电子、材料、冶金、仪表、石化等上游产业，新能源、新材料、计算机等新兴产业，基础设施、环保、金融、培训、服务等下游产业都具有强大的拉动作用。

2.3 知识和技术密集型极为典型

民用航空产业涵盖先进制造技术、喷气推进技术、自动控制技术、计算机集成技术、信息网络技术、仿真技术等高新技术，涉及千余种专有技术和制造工艺，是典型的技术密集型产业。民用航空产品研发技术和制造工艺高度复杂，实践性、过程性非常强。研制技术的高度复杂性显示出实践验证积累与过程记录重复再现的极端重要性，具有明显的平台积累效应。

技术创新是民用航空产业发展的动力与企业竞争的制胜法宝。波音公司依靠波音707和波音747两个产品打破了原有的行业垄断，并奠定了自身的行业霸主地位。空客公司凭借技术创新，在与波音公司进行一机一型的产品比拼中脱颖而出，尤其是在空客A320研制中首次采用电传操纵技术及其在各型号飞机之间的通用性设计，奠定了空客公司在世界干线客机市场上与波音公司并驾齐驱的市场地位。航空产业的发展需要有扎实专业基础和实践经验的专业技术队伍，建立合理的人才梯队，不仅包括大批掌握研发制造技术的专业人才，而且包括产业管理和市场开拓方面的经营管理人才。

2.4 国际合作和专业化进程加快

民用航空产业国际合作和专业化生产的趋势越来越明显。民用航空产品通过在全球范围内配置生产资源，可以有效利用不同国家和企业的成本优势和技术优势，有效分散研制和生产过程中存在的巨大财务风险，达到提高竞争力的目的。巴西航空工业公司广泛选用世界各国的优质部件，其50%的飞机设计技术来自世界其它国家。空客系列产品的研制与生产从一开始就是欧洲主要国家之间，以及与美国航空发动机、航空电子等研发公司国际合作的产物。波音公司将飞机分包业务扩展到全球，在全球拥有3 000多家供应商，波音787飞机近90%的部件和零件生产任务由供应商承担。

随着国际合作的广泛开展，飞机制造商与更多有实力的系统供应商结成风险共担伙伴关系，将更多的子系统集成和研制风险转移到系统供应商，自身则充当金字塔尖的系统集成角色。发动机、机载设备等主系统领域具有较强实力的研制企业，通过并购重组、业务整合，逐渐成为领域内重要的系统集成企业。可见，民用航空产业形成了整机制造企业寡头垄断、主系统供应商相对集中的发展特点。

3 民用航空产业链基本构成

民用航空产业链指民用航空器在生产研制过程中，包含从最初的自然资源到最终飞机产品到达用户手中各个环节的整个链条，其基本构成如图1所示。民用航空产业链横向包括飞机设计研发、飞机制造、适航审定、飞机营销、航空运营服务、航空维修等环节，纵向包括航空公司、机场、空中管理、航空金融公司、咨询公司等具体营运部门。

▲图1 民用航空产业链基本构成

3.1 飞机设计研发

飞机设计研发指根据用户提出的相关性能需求，确定项目计划，提出概念设计，完成总体设计和详细设计，通过分析、计算、仿真完成飞机空气动力布局、子系统方案、参数选择等一系列设计工作，使飞机性能最大限度地满足用户的需求。

3.2 飞机制造

飞机制造指根据设计要求进行原材料供应、零部件生产、子系统装配、系统总装集成等一系列生产制造过程。子系统装配、系统总装集成使飞机产品最终成型，是飞机制造的核心环节，也是整个民用航空产业链的关键环节。

3.3 适航审定

适航审定指适航审定部门对已成型出炉的飞机产品根据适航条例进行各项性能指标检验，这一过程需要相关方面提供有资质的试飞员，开放空域，并提供机场设施等。通常意义上的适航，一般认为是飞机生产出品后，由适航审定部门按照适航标准对其各项性能指标进行审定；而广义上的适航包括对飞机研发、生产、运营、服务、维修等各环节的产品质量和服务水平，以及相关企业、机构或个人从业资质的适航符合性进行审查，囊括整个产业链的所有环节。

3.4 飞机营销

飞机营销指制造商将飞机产品全力推向市场，是实现飞机产品自身价值的关键环节。飞机营销在飞机交付之前就已经开始。随着飞机产品日臻成熟，性能差异日益减小，国际航空市场在很大程度上是比拼营销服务。

3.5 航空运营服务

航空运营服务指飞机交付给航空公司后，由航空公司负责本飞机航班的日常运营和旅客服务，机场提供地面保障设施和人员，空管部门负责协调各航空公司航班的日常调度和空域管理。这一环节直接面向消费者，是产业链价值的最终体现，同时是关系到飞机产品能否在市场上站稳脚跟的重要环节。

3.6 航空维修

航空维修指专业航空维修公司对飞机及其系统部件进行日常维护和修理，是产业链的终端，也是价值链延伸的重要环节。

4 欧美民用航空产业链特点

4.1 美国

美国主要的航空企业基本分布在三个环节：研发设计、飞机制造、专业服务，并具有多层次的研发体系。在研发和工程设计环节中，除了波音等大型综合性飞机制造企业外，还存在很多独立的工程设计和研发企业。美国具有较为完整的飞机制造产业体系，发动机、材料、电子设备、信息与通信、部件制造、总装等环节引领全球航空制造业。

在美国民用航空产业链中，专业服务业成为产业发展强大的支撑。美国航空产业中有大量咨询公司，还有一些专有性较强的服务企业，如航空维修、航空租赁、飞机管理与服务等。此外，美国航空产业链中有多个著名企业，在设计、制造、服务等多个领域中居于领先地位，依靠这种领先地位逐步扩大产业链布局，形成多元化经营模式［1］。

美国民用航空产业链主要企业分布情况如图2所示。

▲图2 美国民用航空产业链主要企业分布

4.2 欧洲

欧洲民用航空产业链分布主要有三个特点。

（1）欧洲大型航空企业分布集中。欧洲大型航空企业主要分布在法国、英国、意大利。

（2）带动大量中小型企业。在欧洲民用航空产业链中，芬兰、瑞士、挪威、希腊等国有大量中小型企业为航空企业做配套服务。

（3）形成长尾型产业链。总体上看，欧洲地区形成了以英、法、意为核心，以几家大型企业为龙头，以大量中小企业为衔接的长尾型产业链。

欧洲民用航空产业链主要企业见表1。

5 我国大型客机产业链模式

我国大型客机产业链采用主制造商-供应商的运作模式，这是目前全球大型客机制造企业普遍采用的一种运作模式［2］。

我国大型客机的主制造商在海内外优选系统设备和机体结构等方面的优质供应商，重点加强飞机设计集成、总装制造、市场营销、客户服务和适航取证等方面的能力建设。由于我国大型客机发展起步较晚，基础相对薄弱，因此在一些子系统和重要部件的设计研制方面，与发达国家相比依然差距明显。在动力、电子设备和材料等领域，我国大部分企业还未得到美国联邦航空管理局或欧洲航空安全局的适航认证。可见，在我国航空产业的发展初期，通过全球优选供应商的方式可以使我国大型客机在较短时间内赶上国际先进水平。同时，我国也可以借此掌握大型客机先进技术的前沿动态和发展趋势，不断缩小差距。通过不断积累，我国有望逐渐培育一批拥有国际竞争力的子系统和设备制造企业，参与大型客机市场的全球竞争［3］。

表1 欧洲民用航空产业链主要企业分布

6 民用航空部件

民用飞机主要由机体、机载设备、航空发动机组成，价值组成占比大约为机体35%、机载设备30%、航空发动机25%，标准杆、飞机内饰等其它部分占10%。其中，机载设备还可以分为航电系统和机电系统，其价值占比大约为 6∶4。

6.1 机体

机体指构成飞机外部形状，用于承受飞机载荷，以及控制飞机飞行姿态的部分。机体主要包括机头、机身、机翼、尾翼等。

机头位于整个飞机的最前部，包括飞机驾驶舱、雷达舱、前部座舱等。其中，雷达罩安装于机头，用于保护雷达天线，保持飞机整体空气动力学外形，减小阻力。

机身用于装载人员、机载设备、燃油、货物等，连接机翼、尾翼和起落架，平衡飞机的各部分载荷。

机翼主要用于产生升力，并使飞机具有横侧平衡、稳定性和操作性，包括前缘襟翼、后缘襟翼、副翼等。前缘襟翼是安装在基本机翼前缘的一段或几段狭小的小翼，通过增大翼型弯度来增大升力。后缘襟翼是安装在机翼后缘靠近机身处的辅助翼面，用于增大机翼升力，改善飞机的起降性能。副翼是安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动翼面，是飞机的主操作舵面，用于控制飞机绕机身纵轴滚转。尾翼用于保持飞机的纵向和航向平衡，使飞机具有纵向与航向的稳定性和操纵性，包括水平尾翼和竖直尾翼。水平尾翼安装在机身尾部两侧，用于调整飞机的俯仰角度，控制飞机的飞行姿态，保持飞机在飞行中的稳定性。竖直尾翼安装在机身后部，用于控制飞机航向运动，保持飞机航向的平衡性和稳定性。

6.2 航空发动机

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需的动力。作为飞机的心脏，航空发动机直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。大型飞机发动机主要包括涡轮风扇发动机和涡轮螺旋桨发动机。这两种发动机都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于速度低于800 km/h的飞机，涡轮风扇发动机主要用于速度更快的飞机。

6.3 机载设备

机载设备指在飞机飞行中接收各种信息和指令，进行传递、处理、显示、反馈和控制的设备，用于保证飞行安全，并完成飞行任务。一般而言，机载设备分为航电系统和机电系统。

航电系统用于实现飞机的信息管理和控制，包括显示控制系统、飞行控制系统、导航监视系统、通信系统、飞行管理系统、客舱娱乐系统等。显示控制系统是飞机主要的人际交互接口，负责进行信息交互和管理。飞行控制系统用于控制飞机的飞行姿态和航迹，保障飞机的可操纵性。导航监视系统用于引导飞机沿既定航线飞行，提供周边态势感知并预测飞行参数，保证飞机在各种条件下安全稳定飞行。通信系统用于飞机与飞机、飞机与地面之间的外部语音通信和数据链通信，以及机组成员间的内部通话和乘客广播。飞行管理系统用于生成飞行计划，确保飞行计划的实施，实现飞行计划的自动管理和控制。客舱娱乐系统为旅客提供视频、音频、游戏等娱乐服务。

机电系统用于实现飞机机械电力保障功能，包括辅助动力系统、环控系统、液压系统、电源系统、照明系统、机轮刹车系统等。辅助动力系统独立于主发动机，为飞机提供辅助和应急功率。环控系统用于控制飞机内空气压力、温度、湿度、流量等大气参数，保障飞机内人员和设备拥有适宜的休息和工作环境。液压系统用于飞机操纵面和部件的供压、传动与控制，可以操纵舵面、起落架、机轮刹车，收放襟翼、减速板，调节进气道等。电源系统为飞机提供电力能源，包括发电系统、配电系统、二次电源控制系统。照明系统用于飞机内外照明和应急照明。机轮刹车系统是飞机滑行的轮动控制系统，包括起落架、机轮、刹车灯。

7 民用航空加工装备与工艺

7.1 机身加工装备

飞机机身结构中的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接头、滑轨等，以扁平件、细长件、多腔件和超薄壁隔框结构件为主。毛坯为板材、锻件和铝合金挤压型材，应用复合材料是今后飞机机身的发展方向。

飞机机身典型零件加工过程中，所需的主要装备包括：

（1）三坐标加工中心，如大型龙门立式加工中心；

（2）五轴联动加工中心，如大型龙门立式加工中心，应配备A/B摆角铣头或A/C摆角铣头；

（3）大型龙门式双主轴五坐标加工中心，工作台尺寸可以达到5 m×20 m以上，用于加工梁类零件；

（4）大功率高速加工中心，功率高于40 kW，主轴转速20 000 r/min以上，带两坐标摆角铣头，用于加工铝合金件。

由于整体铝合金件切削加工去除量大，为便于排屑，最好需要工作台可以翻转90°的卧式加工中心，但目前国内尚无这种卧式加工中心。

飞机机身结构件品种多，形状各异，且工艺刚性差，需用大量夹具。为降低成本，缩短生产准备周期，需要各种柔性夹具。

钣金成形件主要涉及蒙皮、型材、导管等曲面成形，要求成形精准。为保证制造精度，需要大规格蒙皮拉伸机、蒙皮滚弯成形机、三轴滚校平机、型材拉弯机、导管成形机等。

飞机部件装配时还需要自动钻铆设备。

为减轻飞机质量，复合材料的应用越来越多，制作复合材料构件需要铺带机等设备。

7.2 航空发动机加工装备

航空发动机的机匣材料是一种难加工、耐高温、高强度钛合金材料，机匣又是薄壁、弱刚性结构，型面复杂，精度要求高，加工难度大。航空发动机的叶片材料为耐高温的钛合金材料，大型宽弦空心风扇叶片采用宽弦、空心、带阻尼凸台结构，选用质量较轻的钛合金或树脂基材料。叶片有很多冷却用小孔，目前主要采用激光打孔或机电脉冲打孔。

航空发动机关键零件加工所需的主要装备包括：①配备A/B摆角铣头或A/C摆角铣头的五轴联动加工中心；② 五坐标叶片铣床；③ 整体叶盘高效加工中心；④工作台尺寸3 000～5 000 mm的数控龙门镗铣床；⑤ 精密数控立式车削中心；⑥ 数控立式车床；⑦精密数控车床；⑧ 车铣复合加工中心；⑨ 隼尺导圆专用加工中心；⑩ 激光熔覆加工机床；⑪ 电火花成形加工机床；⑫ 数控卧式车床；⑬ 数控立式磨床；⑭ 数控缓进给磨床；⑮ 端面弧尺磨床；⑯ 高速转子叶尖磨床；⑰ 700 t电动螺旋压力机；⑱ 板类件无模多点成形压力机；⑲ 定向或单晶熔铸炉；⑳ 用于叶片制孔的电流束流设备、小孔加工单元及真空热处理炉。

7.3 复合材料加工工艺

复合材料的技术不断成熟，使材料性能最优和成本最低成为可能，从而大大推动复合材料在飞机上的应用。大型飞机制造商在飞机设计制造时，正逐步减小传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。根据用途、批量、市场等的不同要求，航空用复合材料产品的成形工艺采用手工铺层、半自动成形、全自动成形及液体成形等技术［4-5］。

7.3.1 手工铺层

目前，手工铺层仍是被广泛使用的传统成形方法。手工铺层方法的优点是可使蒙皮厚度有大的变化，进行局部加强，嵌入接头用的金属加强片，形成加强筋和蜂窝夹芯区等。手工铺层的缺点是要求铺层人员有很高的技艺和丰富的施工经验，且费工费时，效率低，成本高，难以适应大批量生产和大型复杂复合材料制件的生产要求。

7.3.2 自动铺带

自动铺带技术采用有隔离衬纸的单向预浸带，裁剪、定位、铺叠、辊压均采用数控技术自动完成，由自动铺带机实现。随着自动铺带设备、编程、计算机软件、铺带技术及材料的进一步发展，自动铺带的效率越来越高，性能越来越可靠，操作性也越来越友好。与手工铺层相比，先进铺带技术可降低30%～50%制造成本，可成形超大尺寸和形状复杂的复合材料制件，而且质量稳定，缩短铺层及装配时间，并使切削加工及原材料耗费减少。

7.3.3 自动丝束铺放

自动丝束铺放技术结合了自动铺带和纤维缠绕技术的优点，将缠绕技术所用的不同预浸纱束独立输送和铺带技术所用的压实、切割、重送功能结合在一起，由铺束头将数根预浸纱束在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带，然后铺放在芯模表面。铺放过程中加热软化预浸纱束，并压实定形。与自动铺带相比，自动丝束铺放技术可以成形更复杂的结构件，材料消耗率更低，特别适用于复杂构件的制造。

7.3.4 热压罐固化成形

热压罐固化成形是航空复合材料结构件传统的制造工艺，具有产品重复性好、纤维体积含量高、孔隙率低或无孔隙、力学性能可靠等优点。热压罐固化成形的缺点主要有能耗高、运行成本高等。目前，热压罐成形都采用先进的加热温控系统和计算机控制系统，能够有效保证罐内工作区域温度分布均匀，并保证复合材料制件的内部质量和批次稳定性。

7.3.5 液体成形

复合材料液体成形已是十分普及的工艺，以树脂转移成形为主体，包括各种派生的树脂转移成形技术，有25～30种。树脂转移成形的优点是成品损伤容限高，可成形精度高、孔隙率小的复杂构件及大型整体件。随着新型增强材料结构的不断创新，编织技术、预成形体技术与树脂转移成形技术相结合，形成了新的工艺发展和应用方向。

7.3.6 隔膜成形

隔膜成形原是一种为热塑性复合材料开发的成形工艺，后被发现用于热固性复合材料有广泛的用途。隔膜成形具有成形过程中纤维不易滑动、不易产生褶皱的特殊功效，非常适用于加工大型飞机机翼前梁的C形截面。在近年推出的空客A400M等大型飞机前梁C形截面加工中，已广泛采用了这种工艺。

7.3.7 复合材料制件加工、装配及无损检测

复合材料制件属于脆性各向异性材料，采用常规加工方法不能满足复合材料加工质量的要求。复合材料生产需配备大型自动化高压水切割机、超声切割设备和数控自动化钻孔系统等专用设备，以满足复合材料制件经加工后无分层磨损且符合装配尺寸精度的要求。

柔性装配、自动钻铆等先进技术集成应用于复合材料大型部件的自动装配中，可减少装配工装的种类和数量，提高装配效率和装配准确度，并提高快速响应能力，缩短飞机装配周期，增强飞机快速研制能力。

复合材料制件无损检测需要配置大型超声扫描设备和X光无损检测设备，此外，激光剪切摄影及激光超声检测也是主要的发展方向。

7.3.8 复合材料制件数字化设计制造一体化

复合材料制件数字化设计制造一体化以复合材料设计、制造平台和复合材料数字化制造设备为软硬件基础，通过对产品进行全面描述和数据传递，实现设计与制造之间的无缝集成。

复合材料制件数字化设计制造使实施并行工程成为可能，在早期设计阶段解决制造问题，大大减少车间修改和重复工作。设计和制造数据无缝集成，缩短了制造时间，减小了人工编程的误差，提高了制件质量。

综上所述，随着复合材料在飞机上用量的递增，复合材料制造业迅速成为飞机制造业的主要组成部分，复合材料制造工艺和专用设备是民用航空生产领域中的关键技术之一。

8 民用航空市场预测

8.1 全球

中国商飞公司发布的 《2017～2036年民用飞机市场预测年报》称，预计未来20年，基于全球经济保持2.8%的年增长速度，全球旅客周转量将以平均每年4.4%的速度递增，各座级喷气客机的交付量将达到43 013架，价值约5.78万亿美元，用于替代退役客机和支持机队的发展。

波音公司发布的 《2012～2031年民用航空市场展望》称，预计未来20年，全球机队规模将实现翻番，市场将需要3.4万架新飞机，价值4.47万亿美元。其中，干线飞机约3.2万架，支线飞机（不含涡轮螺旋桨支线飞机）为2 020架。中国、印度和其它新兴市场的强劲增长是未来20年飞机交付量上升的主要原因。

空客公司发布的 《2011～2030年全球市场展望》称，未来20年全球将新增超过2.78万架飞机才能满足市场需求，其中100座以上的客机需求增加超过2.69万架，对货机的需求也将增加900架以上。届时，全球客机总数将达到3.15万架，数量是目前1.5万架的两倍。

8.2 国内

中国商飞公司发布的 《2017～2036年民用飞机市场预测年报》称，未来20年，我国将继续保持相对高速的经济增长速度，稳步的经济增长将给航空运输业带来发展。未来20年，预计我国航空机队年均增长率为5.2%，旅客周转量年均增长率为6.1%，将接收8 575架客机，价值约1.21万亿美元。

到2035年，我国民用航空机队规模将达8 684架，其中单通道喷气客机5 539架、双通道喷气客机2 048架、喷气支线客机1 097架。未来，我国将成为全球民用航空产业的主要市场。