新格局下航空业的生存之道

董帼雄

尽管过去的2020年，对于全球航空业来说，是极为困难的一年，但行业并没有停下创新的脚步。相反，在这场危机之下，供应链企业开始思考如何通过技术创新来重新寻找自己在行业内的地位。其中，一些企业正在向着“能够对不断变化的需求做出快速响应，并按需生产”的理想目标来进行转型升级，一些企业开始投身基于环保理念的跨领域合作。尽管不同的企业有着不同的发展思路，但有一点可以确定的是，在行业处于低谷、产业进入新一轮格局重组的当下，创新技术或将在其中充当极为关键的角色。

航空新材料的低成本应用

尽管2020年年初爆发的新冠肺炎疫情对于行业来说是一个突发事件，但这场疫情对于行业的影响或将是长期的。其中一个最为明显的特点就是，生产成本已经成为了制造商越来越关心的话题。

以复合材料为例，如今这一新型材料在飞机制造中扮演着越来越重要的角色，但居高难下的生产成本一直是困扰行业的难题。如今，一场疫情让企业开始加快通过合作的方式来共同探讨复合材料的低成本制造。

其中，波音公司正在牵头进行一项名为“快速高性能制造技术”项目（RAPM），行业内知名的材料供应商索尔维等都参与了这一项目。波音希望通过这一项目把一些复合材料零件成形时间控制在30分钟以内，从而通过高效工作来降低生产成本，最终达到复合材料在某些零件上的生产成本可以与传统的铝合金材料竞争的目的。

在这一项目中，波音和材料供应商一起成功探索了几种飞机上典型零件的低成本制造方法，也大胆对工艺进行了改进和完善。比如，在试验过程中波音使用了英国Surface Generation公司的“生产加热和成形规范控制系统”，实现了加热加压的自动化，提高了生产效率。同时，波音在降低制造成本的同时，还通过技术创新提高了零件的质量，如在制造热固性的预制件时，为防止褶皱现象采用彈簧框压模技术等。

在欧洲，欧盟和空客试图通过采用低成本非热压罐（OAA）制造技术、树脂转移模塑（RTM）技术来降低新材料的制造成本。

空客与模具企业阿尔派、设备制造商克劳斯玛菲等合作，在奥地利政府的资助下启动了一个名为“斯巴达”的项目。在这个项目中，空客通过采用使用数字化技术的新一代RTM技术生产了A350舱门框架。在传统的生产工艺中，这个门框高2米的飞机舱门的整个制造过程大约需要三天时间，并需要很多复杂的多件套工装。但在采用了创新的RTM技术后，整个生产成形时间缩短至4小时。

欧盟启动了一个名为“面向小型飞行器优化的复合结构”的项目，其中一个目标是通过集成的结构和自动化的液体成形方法来降低支线飞机等小型飞行器的生产成本。知名的比亚乔公司、赫氏公司等都是该项目的参与者。在这一项目中，反馈指示机器人、更加自动化的铺层技术等被大量使用，旨在打造一个具备自适应控制系统的复合材料生产新模式，从而大大压缩生产周期，降低生产成本。

从上述这几个项目中，我们不难发现，如今欧盟等国家的企业都在从1～2米的框、梁等结构入手，通过技术创新，探索将复合材料引入主结构制造的同时降低生产成本。从长远来看，如果这些探索最终能够投入生产的话，那么窄体客机和支线飞机每年上千架的产量将为制造商节约巨大的生产成本。尤其是A320和737系列飞机的很多零件都是几十年前设计的，工艺水平也相对落后，如果这些创新技术能够投入使用的话，将大大提高生产效率。

困境中积极布局绿色飞行技术

除了生产制造工艺的探索之外，2020年飞机制造商还在积极布局绿色飞行技术，无论是空客还是波音，在这方面都有大动作。

尽管深陷危机，但波音并没有停止对其“生态演示验证机”项目的推进工作。2020年7月，波音宣布采用阿提哈德航空的一架787-10飞机为第七架飞行测试平台，完成飞机降噪技术和先进的空中交通管制技术验证工作。

波音生态演示验证机项目2010年正式启动，该项目通过与行业、政府合作，采用客运和货运飞机为平台，评估与安全性和效率有关的创新技术。该项目的最终目标是瞄准整个航空生态系统的进步，对可提高效率、降低噪音、改善飞行体验的技术进行验证、改进和应用。

2020年在该项目的降噪技术验证方面，波音与美国国家航空航天局（NASA）密切合作，描绘出了787的噪音特征图。之后，波音在787飞机上配备了222个“动态压力传感器”，其中214个安装在机身上，8个安装在赛峰的起落架上。项目团队使用这些传感器以及地面上的1006个附加听声器阵列，检测飞行过程中787的噪声，从而提供了飞机上噪声源的映射图，由此就能够准确指出飞机上噪声的来源，为后续的改进提供数据支持。同时，在测量了787的基准声音之后，波音还与赛峰起落架系统合作，评估赛峰的低噪声起落架整流罩对于降噪的作用。波音表示，这些测试结果将帮助确定这款整流罩在波音787和其他飞机上使用的可行性。在空中交通管制技术验证方面，波音通过演示验证机项目验证了数字数据传输技术的可实现性。波音表示，这项技术取代了语音通信，使飞行路线和相关数据能够以数字方式从ATC系统传输到飞机（甚至直接传送到飞机飞行管理计算机）和航空公司的运营中心，帮助管制员在纬度、经度、高度和时间四个维度上更好地管理空中交通，更可以通过提高飞机航路效率来帮助航空公司节省燃油，降低运营成本。

空客在2020年出其不意地公布了全球首款零排放民用飞机的三种概念机型。从空客公布的信息中可以看出，这些概念机不仅各自代表了实现零排放飞行的不同方法，更体现了空客试图通过探索各种技术途径和空气动力学构型来实现引领行业未来发展的雄心壮志。

一直以来，空客都致力于通过新技术应用和新产品研发来全力支持欧盟在《欧洲航空愿景2050》报告中提出的环保目标。E-Fan项目就是其中一个典型的代表，但由于电池技术的发展没有达到预期的速度，再加上受到疫情影响，空客暂停了该项目，并把重心转移至通过氢来解决航空业的碳排放问题。当然空客的这一决定与欧盟2020年出台的一系列报告明确了氢在航空业的应用前景有着密切的关系。法国政府为支持空客的这一决定也豪掷了百亿欧元。

根据空客团队的规划，2021年公司将先研制一款氢动力地面验证机，用于解决有关氢动力生态系统特有的一些复杂技术风险。到2024年，空客才会最终决定氢能动力飞机的设计方案，并在2025年内实现技术验证机的首次飞行。如果进展顺利，2035年首架氢能飞机将投入商业运营。

客观来看，对于空客来说最难的恐怕是让合作伙伴相信，是时候采用新能源了。这是因为对于推出全新能源的飞机，并不是空客一家愿意投入数十亿欧元就可以解决问题的，还需要合作伙伴的大力支持。这其中不仅包括发动机制造商这样的传统合作伙伴，更需要整个航空运输产业链企业的积极配合。但目前看来，还没有合作伙伴对此明确表态，相反不少企业认为，空客和欧盟拟定的时间期限或许过于乐观了。

5G、机器人从概念变现实

在突发疫情的冲击下，航空产业链上的企业开始反思如何通过技术手段实现多种产品共线生产的柔性生产线，能够增进工厂管理生产的更多数字化工具、更为精简的自动化内部流程、智能化数据化的管理结构，于是5G技术、智能机器人等被企业视为新格局下的生存之道。

如今，地面5G网络已经在多行业得到了广泛应用，尽管在商用飞机上还未能在空中实现5G网络连接，但航空业正在大力推动这项技术的应用。

美国空中互联网供应商Gogo公司正在开发一种新型天线和调制解调器，并已经于2020年完成了地面点建设和飞行测试工作，根据计划将在2021年年底实现世界上第一个机上连接5G空对地网络。

在机场和航空维修企业，5G技术在2020年也进一步得到了推广与应用。2020年，诺基亚通过使用其数字自动化云端到端私有无线网络和边缘计算平台，在德国汉堡部署了一个5G专用无线网络，汉莎技术公司利用该网络开展了一项名为“虚拟台板”检查项目。在这个项目中，汉莎的维修工程师利用5G网络就可以在所在地的工厂内通过远程虚拟协同的方式对发动机零件进行检查。同时，诺基亚还在与比利时的移动运营商合作，计划在布鲁塞尔机场使用相同的技术探索机场5G网络应用。

除此之外，业界还开始研究如何使5G技术成为无人机、电动出租飞行、空中交通管理部门以及无线网络服务供应商之间数据和信息的共享媒介。NASA更是直言将进一步探索5G在低空空域的数据共享，为此NASA已经赞助了多个用于开拓先进空中机动（AAM）市场中通信、导航系统的发展需求项目。

考虑到后疫情时代，成本将成为制造商重点关注的领域之一，机器人的应用将进一步加大。为此，产业链中的相关配套企业已经开始提前进行新技术的布局。

例如，法国知名的Coriolis公司为了进一步提高大型结构件市场复合材料的制造效率，开发了全新的C5自动铺丝机。该设备是当前最先进、最灵活的干纤维铺放系统之一，充分满足了飞机制造商对于几何形态极为复杂的零部件的生产需要。

此外，德国航空航天中心还首次测试了机器人的双工位生产法，两台机器人在具有重叠工作区域的轨道上同时铺设飞机机翼外壳纤维。为了最终实现这一生产方式，德国航空航天中心还联合多家企业启动了名为GroFi的项目，即多机器人AFP/ATL制造单元项目。顯然，这种多机器人铺设模式是倍速提高生产效率的有效方式，如果这一方式最终得以应用，标志着航空复合材料制造技术朝着低成本、高效率迈出了巨大的一步。