通天之路——略谈我国大型客机的设计思路

葡空格案 A v Ia tIo n A r c hIv e 5 影响我 国大型 客机 项 目实施 的因素有 很多 ， 其 中航空 发动机及 市场需求是设计 人员考虑 的重 中之重 ， 故 本文主要 依据 我 国 目前所 掌握 的发动机技术与未来 一 个时 期的市场需求这 两个 因素 ， 对 我国未来的 大型客机概 念设计与实施 战略进行探讨 。 我 国航空发动机研制能力及 其影响 (一 ) 飞机 的两种发展道路 从技术 角度看 ， 飞机设计有两 种发展 思 路 ， 根据对飞机 的技 战术要 求选定合适 的发动机 ， 或在 已有 的发动机基础上 确定 飞机 的布局和各项性能 。 由于 飞机设计是 一 极复杂的系统工 程 ， 由两种思 路决定的 发展 战略及面临的诸多风 险十分复杂 ， 对 飞机设计师而言 ， 要根据本 国航空工 业 乃 至整个工 业和科技发展 的水平来进行权衡 。 有时候 ， 仅仅是两者顺序的变更就能决定 项 目的成败 。 1 、 根据飞机性能指标选择发动机 。 此 种方法就是 由设计人 员根据用户 的使用 需 34 求 ， 确定即将研 制飞机 的诸项技术指标 ， 然 后选择 已有的发动机型号或确定 即将研 制 的发动机各项参数 。 1965 年 ， 美国空军开始考虑研 制替代 F 4 的第三 代战斗机 F - 15 ， 1968年 9 月正 式确定采用 双 发布局 ， 用于 空 战时的起飞 重量 约为 18． 14 吨 ， 要求具备大航程 、 高推 重 比 、 在大速度范 围 内具有充分 的能量 机 动能力等技术要求 ， 为此美军提 出了研 制 性能优于 T F 30 的大推力 涡扇发动机 的要 求 ； 1970 年 3 月 ， 空军宣布普惠公 司研 制 的 F 100 发动机 中标 。 1960年 ， 美国空军根据特种作战要求 ， 提 出研 制两 种军用运 输机 以组 成混合战略 空运力量 ， 这 一 要求导致 了高涵道 比涡扇 发动机 的产生 ， 其直接成果就是通 用 电气 的 T F 39 涡扇发动机 。 不久 ， 洛克希德公司 为了研 制三 星三 发宽体客机 ， 需要 一 种推 力达 到 1 80 千牛 的高涵道 比涡扇 发动机 ， 罗 ? 罗公 司 为其 研 制 了 日后 著称于 世 的 R B 211三 转子涡扇发动机 。 80年代初期 ， 欧 洲 一 些 国家开始研 究 A 4 00M 运 输机 ， 安装4 台涡扇发动机 ， 由于新型运输机载货 量 与最 大起 飞重量 不是很大 ， 出于 经济方 面 的考虑 ， 空 中客车军机公司最 后决定研 制 T P 4 00- D 6 涡桨发动机 。 我国决定研 制 A R J 21 支线客机 时 ， 可供选择的发动机有 C F 34 、 B R 715 、 C F M 56 — 9 、 M K 650一 15 等 ， 当时的航 空 一 集 团根据 发展 规划最 终 选择 了支线飞机领域使用最多 的 C F 34 。 随着航空 工 业 的发展 ， 在成熟 的发动 机市场上 ， 一 架飞机往往有多种动力装置 可供选择 。 例如 A 320 既可安装 V 2500， 又 可使用 C F M 56 发动机 ； 波音 74 7 可选用普 惠公司 的 J T 9D 、 P W 4 000 系列 ， 通 用 电气 公司的 C F 6 系列 ， R B 211 系列等发动机 ； A 300 可选用 J T 9D 7R 4 H l、 P W 4 156 、 C F 6— 80C 2A 1 等发动机 ； 俄罗斯的伊尔 一 96可用 P S - 90A 或 P W 2337 发动机； F — 15 、 F 16 战斗机可选用 F 100 或 F 1 10 发动机 等 。 飞机决定发动机 的发展 道 路 ， 往往是 特别报道 根据飞机的总体要求专门设计一型发动机。 在此情况下，新型发动机能否跟上飞机的 研制进度便成了关键，否则还不如使用现 有的发动机。实践证明，在航空工业发达 且管理 良好的国家，由飞机决定发动机的 道路风险较小，成功把握较大；但在工业 基础比较落后的国家，此种方法存在很大 风险。 2、发动机决定飞机的气动布局和性 能，飞机设计师根据 已有发动机的几何尺 寸与性能等来确定将要设计飞机的外形尺 寸、起飞重量等。发动机是决定飞机、直 升机性能与前途的关键因素，从这个意义 上讲，正是发动机的进步，才推动航空工 业的发展。 波音公司最初的B一52设计使用四 台T35涡桨发动机，与B 36相比没有任何 优势。在美国空军要求下，波音公司不得 不采用普惠公司研制的 JT3涡喷发动机。 同样情况也发生在英国的SC．5贝尔法斯 特运输机上，正是使用了4台4124千瓦的 苔茵Mkl01涡桨发动机，该机的最大起飞 重量达到139吨，接近当时英国研制的四发 大型客机VC．10。 喷气式客机的发展同样有赖于发动机 技术的进步。波音公司研发B-52并将JT3 发动机作为其动力装置的经验，促成了波 音707四发大型飞机的诞生。英国罗 -罗公 司研制的世界首台涡扇发动机 “康维”于 1957年定型后 ，首先被用于 “胜利者”轰 炸机。1958年开始设计的VC．10被要求设 计成能够满足洲际飞行的大型远程客机 ， 出于航程与耗油率的考虑，维克斯公司决 定为新型客机安装4台 “康维”。受 “康维” 的影响，美国政府指令普 ·惠和通用电气 公司立即研制涡扇发动机。前者对 JT3C一 (上图)使用6台R一4 3 6 0活塞发动机的B一3 6轰炸机。 (下图)使用 8台JT 3喷气发动机的B一5 2轰炸机 。 7进行改装后于 l958年完成了 JT3D-1的 设计，同年在波音707上试飞成功，“康维” 与JT3D均成为波音707与DC一8可供使用 的发动机之一。可以说，美国这两种早期 四发喷气客机之所以能够一直生产到20世 纪八九十年代，与发动机的技术进步有很 大关系。 在苏联运输机发展史上，也呈现出浓 厚的由发动机决定飞机的特点。1967年，苏 联民航总局将其中短程客机图 134投入航 线使用，作为苏联第二种使用涡扇发动机 的民用飞机，图-134安装了两台改自D一 20P的D 30发动机。后来索洛维也夫设计 局又在 D一30基础上成功研制出涵道比为 2．42的D一30K，该发动机被安装于伊尔 62，用以替换HK一8—4涡扇发动机。接着， 最大起飞推力为 107．69千牛、安装有反推 力装置的D一30KP被伊尔一76所采用，由 于D一30K性能在苏联比较先进，后来也被 用于图-154M中程客机。当高涵道比涡扇 发动机PS一90A研制成功后，不仅被用于 图一204和伊尔一96-300大中型客机，还被 用于伊尔 一76MF。洛塔列夫设计局单台推 力达到229．5干牛的D一18T发动机不仅成 全了安 -124巨型运输机，还使安 225成 为可能。 在由发动机决定飞机设计的情况下， 往往是根据现有发动机决定飞机的技术参 数；也就是说，在设计飞机之前，已经有 了比较成熟的可供选择的发动机。实践证 明，在设计一种飞机时选用 已有发动机是 一 个极其稳妥的方法，成功的可能性更大 一 些。 (二)我国应当走由发动机决定飞机的 发展道路 1、各国飞机研制受发动机拖累的经验 教训。在飞机研制过程中，因发动机选择 不慎造成的不良后果有很多，波音747就是 最典型的例子。波音公司应启动用户泛美 航空公司的要求不断增加飞机重量，结果 让发动机供应商普 ·惠公司抱怨飞机的重 量大大超过了JT9D的能力，因普 ·惠公司 一 时无法解决问题，发动机问题频发导致 的航班延误几乎把波音公司推上绝境。 印度的LCA轻型战斗机计划确定原型 机采用美国的F404一F2J发动机，批生产型 用本国的GTX一35VS涡扇发动机。由于印 度政府在 1998年间连续进行核试验，美国 政府于当年 5月禁止美国公司继续参与 LCA项目，虽然此时LCA的大部分关键工 作已经完成，但该项目却被延误数年时间。 后来，印度不得不将自行研制的发动机交 给俄罗斯进行为期两年的测试工作，结果 这种 1990年完成初步设计，1995年1 1月首 35 葡空茸案Avlatian ArchIv g 架验证机制造完毕的战斗机由于飞机性能 和国产发动机存在的问题 ，生产型飞机在 2008年6月才试飞。 上述项 目的进展还算是幸运的，为新 型飞机配套的新型发动机成功与否，往往 能够决定飞机的前途。历史上，因发动机 羁绊飞机前途的事例还有很多。2O世纪50 年代初期，米高扬设计局开始研制一系列 的重型截击机，第一个出场的就是使用一 台图曼斯基 R～15-300涡喷发动机的E一 1 50，但该发动机从设计之日起就一直受到 可靠性问题的困扰 ，造成飞机项 目进展迟 缓，随后研制的E一152也遇到了同样的问 题，苏联国土防空军只好另做打算，选择 了使用 AL一7F发动机的图一128远程截击 机。 我国应巴基斯坦要求研制的枭龙战斗 机的前身超七，原打算在歼一7M基础上设 计一种单发的轻型战斗机，一开始巴方就 锁定美国通用电气公司的F404，期问也有 考虑普 ·惠公司的PWl216或罗 ·罗公司 的RB199。与美国的合作计划流产后，选 择了克里莫夫的RD93发动机后，才使这一 项目不致因为无合适的动力装置而天折。 2、由发动机决定飞机的发展道路符合 中国国情。一个国家在航空工业初始阶段， 发动机技术及其产业在整个航空工业体系 内就更显重要，即使在航空工业高度发达 的今天，发动机的影响力仍未减小。因此 在飞机的发展模式选择方面，最好是先有 发动机再有飞机，这不仅可以大大降低风 险，还可加快飞机的研制步伐。事实上在 航空工业发达的国家，在研制一种新型飞 机时，往往会有现成的发动机可资利用，或 者相关技术已经储备多年。 航空发动机一贯是我航空工业的瓶颈， 也是决定我国大飞机专项成败的最为关键 的因素，因此在计划时应把发动机作为最 先考虑的事项，无论是进口还是自行研制， 事先均要把动力装置选好，即一定要在发 动机基础上确定大型客机的概念和发展道 路；如若不然，为大型飞机配套的高涵道 比涡扇发动机一旦研制失败，飞机机体再 先进也不可能上天。坚持由发动机决定飞 机的发展道路，不仅是考察国内外航空历 史得出的必然结论，也是依据我国航空工 业现状的抉择。从我国航空工业的实际情 况看，有了合适的高涵道比涡扇发动机以 后，大型客机项目也就成功了一半! 我国已经具备了研喇各型客机的技术 (一)我国航空发动机研发现状 虽然从整体上看，我国的航空发动机 研发能力比较落后，但近年来，我国在小 已经成为印度画防工业拖誊作风代表项 目的LCA轻型战斗机。 涵道比军用涡扇发动机和涡喷发动机方面 取得了突飞猛进的成果。我国第一台具有 自主知识产权、自行设计的昆仑高性能双 转子加力涡喷发动机于 1 997年底试制成 功，并于2002年7月设计定型。研制单位 经过数万小时的零部件试验，数千小时的 整机试车，先后排除了上百个技术故障，顺 利通过了国内新研制发动机第一次进行的 部件试验和整机试车考核等。 太行是一种大推力、高推重比、小涵道 比先进发动机，在设计上注重维修性品质， 采用单元体结构设计，并设置了齐全的状 态监控手段。在几大关键部件的重大设计 中，选用了数十项有预研基础的新技术、新 材料和新工艺，将预先研究成果与型号研 制相结合，攻克了多个技术难关，在不断 增长工程经验的同时，掌握了国际先进的 设计技术。 (二)我国近期有可能研制出的高涵道 比涡扇发动机及其可以配套的客机机型 目前，比较现实的选择是在已经定型 的太行发动机核心机的基础上，设计出类 似CFM56的高涵道比涡扇发动机，在基础 型号上衍生出推力不等的发动机，分别用 于大型军用运输机和客机。 西方国家在20世纪60年代初，也就是 从TF39发动机开始，无不将以高压压气 机、燃烧室和高压涡轮3个部件及有关附件 组成的核心机作为发展先进航空发动机的 主要技术途径，将应用研究和探索发展中 得到的三个先进部件与先进技术组成核心 机，在真实发动机环境中评估核心机技术 性能、成本和耐久性 ，将这些经过验证的 硬件与技术移植到工程发展时就能减小风 险，缩短工程发展周期、降低成本。在核 心机基础上经过必要的修改后，配上从其 他研究计划得到的风扇、低压涡轮、加力 燃烧室、控制系统和传动系统等，就能以 较低的风险研制出覆盖一定推力范围、满 足不同用途的一系列涡轮发动机。核心机 计划作为预先发展的重要内容，较好地解 决了发动机与飞机机体研制进度的协调问 题，因此这种途径得到越来越广泛的采用。 至上世纪末，已经发展了七代核心机，在 这些核心机基础上成功研制出许多军、民 用发动机。 GE公司1961年根据海军提出的对F— l4空战战斗机的要求和对其它9种可能发 展军用飞机综合考虑后，确定了GE-1核 心机的性能和尺寸。GE-1的空气流量为 35kg／s，压比ll，有 14级压气机，涡轮前 温度 1 366K，最大直径 610ram ，推力 2225daN，推重比7．14，转速 13000r／min。 第一个改进方案叫GE一1A，1968年又改进 特别报道 了一个方案叫GE-1B，1970年设计了第四 个方案GE一1／10，在同样的压比下，级数 减少了一半，燃烧长度缩短了40％，涡轮 前燃气温度提高了400K。在这些核心机的 基础上发展了卜97、Y卜101、F-404、TF- 39、F l0l等超过 36种发动机，推力从 2225daN到13333daN，同时在F 101核心 机上发展了民航机动力 CFM一56和战斗机 发动机 F—l0lDEF。 例如当B一1战略轰炸机项目开始实施 时，配套发动机的研制工作也同时启动，其 结果就是F10l发动机。它的研制过程可以 追溯到60年代中期，当时通用电气公司正 按美国空军实施第二代先进涡轮发动 机燃气发生器计划，编号为 GE9。在 1969 年争夺用于 B—l的竞争中GE9验证机获 胜，从而导致在 1970年6月美国空军与该 公司签订一项全面研制合同，之后通用电 气公司在 F10l核心机基础上派生出Fll0 发动机。 通用电气和斯奈克玛公司组成的CFM 国际公司生产的 CFM56发动机是在 F101 核心机技术基础上，为适应20世纪80年代 后国际军、民用飞机市场需要而研制的100 千牛级高涵道比涡扇发动机。自1979年取 得适航证以来，通过不断改进发展出六个 子系列、28个改型，推力范围覆盖了71～ 151千牛的范围，耗油率下降了近20％，已 经成为22个型号飞机的动力装置。 纵观美国通用电气公司和普 ·惠公司 的发展轨迹不难看出，两家公司为民用飞 机研制的JT3D、CJ805、JT8D、CFM56、 CF34等发动机衍生 白军用发动机，我国亦 可采取这样的发展道路。利用太行发动机 的核心机和多年维修CFM56的经验，我国 在最近l0年内有可能研制出相应的发动机 及飞机，其中85～120干牛的涡扇发动机， 可以用作双发窄体客机的动力装置，相当 于 100～190座的波音 737-300到900的所 有型号，107～l 79座的A3l 8、A3l9和 A320。70～100千牛的涡扇发动机，可以 用于 ARJ21支线飞机系列。140千牛的发 动机，用于双发的窄体客机，相当于 185～ 200座的A321 160千牛的发动机，用于双 发的窄体客机，相当于 l78～239座的波音 757和 184～212座的图 204；如果安装4 台140～160千牛的发动机，则相当于263～ 383座的A340和234～375座的伊尔一96。 因大型军用运输机的需求，我国在最 近一个时期极有可能以太行发动机的核心 机为基础，首先研制出最大推力达到140～ 160千牛的高涵道比涡扇发动机，从军民结 合的发展道路来看，大型客机与大型运输 机极有可能采用同一种发动机。在四发客 机中，发动机的推力与飞机起飞总重之比 约为0．25，假如我国研制的军用运输机的 最大起飞重量为220吨，采用同型发动机的 四发宽体客机的最大起飞重量大致可以达 到260吨。从美法联合研制 CFM56的情况 以及太行发动机技术水平看，通过进一步 提高涵道比 (4～9)、总增压比 (30～45)、 涡轮前燃气温度 (1800～2000K)等措施， 将高涵道比涡扇发动机的最大推力提高到 160～180千牛还是可行的。 从市场等角度看大飞机发展 (一)国内生产的机型系列与座级 目前，我国正在研制、生产的可供航线 使用的民用飞机主要包括 ： l9座的运 12F，客运可乘坐 l9人并满 足散货装载，货运可容纳3个LD3集装箱。 50～60座的ERJ145，中巴合资的哈尔 滨安博威飞机工业有限公司组装生产，合 同期 l5年，年生产能力24架。 50～70座的新舟系列。新舟60已经投 入使用，新舟600已经试飞，新舟700正在 设计。新舟600飞机增加了飞机120分钟延 伸航程运行(ETOPS)的能力，使飞机航程 2009年 6月23日上午，这架被称为中华龙的空客 A320客机在天津总装厂交付客户。 37 航空茸案AvIatIon ArchIveB 达到 3000公里以上。数年后，国内将形成 由新舟60、新舟600、新舟 700构成的高中 低端合理搭配的系列化涡桨支线客机产品。 70～ll0座的ARJ21系列。ARJ21飞 机根据市场需求，选择了7O座级为基本型 首先投入市场。在基本型之后，将适时推 出其加长型、货运机型和公务机型，满足 市场多方位要求。因其机身直径和MD一80 系列飞机一样，在继续使用CF34发动机的 前提下，最起码可以将机身延长到 130座； 或者使用其他合适发动机的情况下，可以 适当延长机身，达到MD-80或MD90的级 别。 150座级的有A319和A320。2007年6 月，空中客车与中方联合体正式签署了空 中客车 A320系列天津总装线合资企业合 同，按照计划，合资公司将组装284架销往 中国的A319和A320飞机，2011年形成年 产44架的规模。将来随着空中客车公司淘 汰该系列上马新型替代飞机，A320系列将 失去竞争优势，届时空客极有可能转让 A321的生产技术允许天津生产，从而将国 产A320系列飞机的座级延伸到 190座。 由此可见，目前国内正在研制或生产 的民用机型，已经覆盖了 19座、50～1l0 座、145～179座，将来通过衍生改进或其 他方式，还有可能延伸到 130～200座 ，也 就是说在当前和未来一个时期，我国最缺 乏的是最大起飞重量超过 l o0吨的大飞机 研制计划。尽管150座级的客机在国际市场 上更好叫卖，但竞争也更为激烈，C919客 机投产时可能存在国产机型相互竞争的不 利局面。 (二)国内机队结构 截至2007年底，大陆地区不包括通用 飞机在内，共有运输类飞机 l139架，其中 200座以上的飞机184架，约占总数的160／0； l00～200座的飞机858架，约占总数的 75％，支线飞机97架，约占总数的9％。可 以看出，国内航空公司机型以150座级的窄 体客机为主，其次是200座级以上的大型客 机，所占比重最小的是支线飞机，而这恰 恰与国内的生产能力相左。尽管150座级以 上座级的分布情况大体与国际航空市场相 一 致，但从整体看却明显缺乏支线飞机，包 括公务机在内的通用航空也异常落后。 西方发达国家大型飞机与包括支线飞 机、通用飞机的结构比较均衡，支线航空 异常发达。美国支线飞机占其民航机队的 比例大约是43％～45％，2002年总载运旅 客 9840万人次，2003年总载运旅客10510 万人次，FAA预测到2015年美国支线航空 机队规模将达到4303架，而2003年末实际 为2672架。我国则是在航空运输总量迅速 上升的同时，支线运输却呈下降趋势。由 于中国航空公司现有的机队结构缺少 80～ 110座的大支线客机，中间有很大的空档， 国内许多航空公司不得不用干线飞机来运 营这类航班，既不经济效率又低。国内航 空公司如果能用ARJ21系列等大支线飞机 替代 l50座级的干线飞机运营中等客流量 航线，不仅能改善国内运力分布不合理的 现状，也会带来更好的经济效益。 据统计，2002年全球共有公务~dL20166 架，其中美国有14210架，占70％，其他公 务机数量超过 200架的还有加拿大、墨西 哥、巴西、德国、英国、法国、委内瑞拉、 南非和澳大利亚，而我国仅在解放军及个 38 别企业中拥有几十架公务机，市场规模不 及美国的万分之三。另据美国通用航空制 造商协会 (GAMA)统计，1962～1994年， 其成员单位共向国内外交付267575架通用 飞机、直升机；1999年全美国通用飞机、直 升机的拥有量为206，530架，飞行时间2700 万小时；现在全美国19098个民用机场中至 少有17500个是通用航空机场。我国现在的 运输机场总数只有 152个。当前全球约有民 用飞机、直升机35万架，其中通用飞机、直 升机大约有 34万架，约占整体的97％；全 球每年与商业有关的飞行共有 3 1 00万小 时，通用航空的飞行时间就占了2／3；而我 国的通用航空器仅占国内民用飞机、直升 机总量的40％，仅相当于世界总数的 2％0。 航空运输包括航线飞机、通用飞机，是 一 个结构合理、功能完备的整体。与发达 国家相比，我国民航机队机型是该小的不 小，该大的不大，不同座级、不同功能的 民用飞机比例严重失衡；1 50座级窄体客机 明显偏多，小型飞机严重不足，支线航空、 通用航空仍处于起步阶段。因此可以断言， 待我国的支线航空与通用航空大发展之后， 航空市场还将进一步细分，中小型的民用 飞机势必与 1 50座级甚至更大些的窄体客 机争夺市场。另从我国航空工业的技术现 状看，以支线航空和通用航空为突破口，将 非常有利于快速提升航空工业乃至工业体 系的整体水平。因此，有关方面在规划未 来的民用飞机发展计划时，应当将干线与 支线有效结合、互为补充，在上马大型客 机的同时，重点发展支线飞机。 以上分析的都是客运飞机的情况，下 面再看看货运飞机在国内的状况 ：截至 2007年底，在中国民航全行业拥有的运输 飞机中，全货运飞机数量只有50架左右。在 美国，仅联合包裹和联邦快递运营的全货 机就已经超过了 1000架。自从 20世纪70 年代中期波音747和DC一10大型货机投入 运营以来，全球货机机队以每 10年翻一番 以上的速度增长，至2000年接近 1700架。 从 20世纪 70年代至2000年，全球货机年 增长量为 90～100架。根据波音公司的统 计资料，近年来世界航空货运年均增长率 为6．2％，高出客运1个百分点甚至更多 波音公司的预测指出，到2024年，全 球的货机机队数量将翻一番，由现有的 1757架飞机增至3526架，其中宽体货机将 占主导地位。在新增的货机中，65％以上 是宽体货机，目前它们在机队中占i／3，到 2024年将占机队的一半。除去退役的货机， 新增的2872架货机中，由客机改装成的货 机将占75％。 l993年后的 lO年中，中国航空货物运 特别报道 一 架美国空军KC一1 3 5空中加油机正在为一架 F一2iA猛禽战机加注合成燃料。 输量维持了高达 l9．5％的年均增长率，是 同期世界平均水平的3倍，高出亚洲平均增 长率约 10个百分点。2005年，中国航空货 运业实现了 10．8％的增长。中国民航总局 另有预测指出，国内航空货运市场今后将 维持 12％的年均增长速度，至2010年成长 为亚洲第一，将在2020年跻身世界第二。根 据发达国家的经验 ，当一个国家的人均 GDP达到2000美元，其航空货运的增长速 度会明显加快。中国近年的GDP增长速度 举世瞩目，并将在未来维持近5．8％的年均 增幅，高出世界平均水平近一倍，因而成 为航空货运市场的发展提供了巨大的推动 力。截至2006年底，在国际民航组织各缔 约国排名中，我国航空定期航班货邮周转 量已跃居第二位。内地航空公司仅完成国 际航线和港澳航线货邮吞吐量的28．3％， 另外71．7％的吞吐量由境外以及我国港澳 地区的航空公司完成。 从现实需求看，我国内地的确需要高 效、快速的航空货运服务，需要购买、使 用大量的货运飞机，需要拥有 自己的、装 备大中小型货运飞机的、类似联邦快递、联 合包裹那样的航空快递公司。 (三)军事用途 联系国外普遍将民用运输机改装成军 用飞机的做法，我国大型客机计划，还要 立足于军事用途。飞机民转军的优点是很 多的，大致说来有以下几点：利用规模效 应，大幅降低研制与采购成本；降低研发 风险，及早形成作战能力；将国家对航空 工业的扶持，通过对军品的政府采购转化 为企业的收入等。对于具体型号来说，由 讲求安全性、舒适性的客机改装成的预警 机等特种飞机，可以为空勤人员提供良好 的工作环境；由客机改装的加油机在遂行 空中加油任务之外，既可运货又可载人。 目前，除了以色列、英国、巴西的预警 机以公务机或支线客机为平台外，其他由 民用喷气飞机改装而成的军用飞机大多由 大型的喷气客机改装而成，续航时间要求 长的特种飞机更是如此。 波音、麦道、空客等飞机制造公司研发 的加油机 ，往往由四发的窄体客机或宽体 客机改装。世界上第一架喷气式加油机 KC-135与波音 707客机同源，Kc～10巨 型加油机衍生自麦道公司的DC 10宽体客 机 ，出口国外的加油机还有由波音747和波 音 767改装的KC-747和KC-767。空中客 车公司首先推出了包括 A300、A300— 600R、A310改装的多用途空中加油军用运 输机 (MRTT)，近年在 A330基础上研制 的KC-30(KC～45)一度获胜美军加油机 项目。为了最大限度地挖掘波音707的军事 潜力，波音公司陆续将其改装成预警机、战 略侦察机、核潜艇中继通信机、空中指挥 机、远距雷达监视机等。目前接替波音707 的大型客机为双发宽体客机波音767，除了 改装成预警机、加油机外，波音公司还打 算按美军要求，将其改造成E—l0多任务指 挥和控制飞机。近年来最受关注的大型飞 机改装项目非 YAL—lA激光武器系统莫 属，该激光武器平台由波音747—400F货机 改装而成，依赖这一平台，美国将建立完 善的空基导弹防御系统。 目前，我军已经开始重视作战支援飞 机的作用 ，并逐步装备了加油机、预警机 等飞机。不过，我军装备的由轰 6轰炸机 发展而来的轰油 6太小，航程和载油量满 足不了作战要求；由俄制伊尔一76改装而 成的预警机在载机上对外依赖严重，又因 舱内噪音大，造成空勤人员极易疲劳 ；完 全国产的运一8系列飞机因航程、航速、飞 行高度等限制而不能最大程度地发挥所搭 载设备的作用，由于运8的飞行速度正好处 于机翼极易结冰的范围之内，面临着除冰 问题 ，在此方面已经有过血的教训。今后， 我国除了面向各国已有的特种军用飞机外， 39 氟空酋案AvIation Archlv。s 还要考虑激光武器平台等新型特种飞机 ， 假如我们能够研制出最大起飞重量接近波 音 747、A340-600级别的宽体客机，人民 解放军就会在未来空中装备方面拥有更大 的灵活性。 综合以上原因，我国非常有必要首先 上马四发的宽体客机。不可否认，以200座 级的双发窄体客机作为进军大型飞机的切 入点会比从宽体客机人手更容易取得成功。 但从窄体客机向宽体客机攀登，需要重新 下决心，重新冲击，最终不见得比直接从 宽体人手有利。尽管直接上马宽体客机在 技术上风险更大，但由于大型军用运输机 已经做了铺垫，可以直接利用其技术成果， 既然能够研制出最大起飞重量达到220吨 的军用运输机 ，就可顺势研制出最大起飞 重量达到260吨的四发宽体客机。当前欧美 航空工业间在民机方面的竞争，除了在150 座级达到白热化阶段外，双方还在双发宽 体客机之间展开了新一轮的竞争，其焦点 正是波音777和A330，以及应用大量新技 术的波音 787和A350。鉴于我国航空工业 的实力，我们应当主动回避与波音公司和 空客公司的正面交锋，首先将大型民用飞 机锁定在四发的宽体客机上 ，以后再考虑 其他机型。 (四)耕地保护与航空运输的优势 我国建设以高等级公路和高速轨道文 通为代表的陆上交通固然重要，却要flf}H 相当的代价。保护土地资源是我国的一‘项 重要国策，但修建公路、铁路必然要占用 大量宝贵的耕地、林地和草地等土地资源。 诚然经济建设、交通发展与国土资源保护 之间是一对不可避免的矛盾，但在它们之 间不是没有较好的解决办法可寻。积极发 展以大中小型民用飞机、通用航空器为主 体的交通运输业，对保护宝贵的土地资源 极具战略意义。 北京首都国际机场扩建后的总占地面 积达到l4．8平方公里。4E级 I类国际机场 标准的大连周水子国际机场占地面积 3．75 平方公里。张家界荷花机场是国内旅游支 线机场，占地面积 1．54平方公里。邯郸机 场总占地约 1．33平方公里，按照3C级支 线机场标准建设，可起降波音 737、A320 等中型客机。 按照路宽 35米 (含路基)计算，1000 公里的高速公路需要占用耕地 3 5平方公 里，相当于52500亩，其占地面积相当于两 个首都国际机场。这还仅仅是公路干线本 身，还没有包括为其服务的服务区、停车 区、匝道等。相应地，如果在 1000公里航 段上建设两座可供300座级以上飞机使用 的4E级机场，完全按照大连周水子国际机 场的模样，总占地7．5平方公里，约合l1250 亩，折合成前文标准的高速公路，人约长 214公里；如果是供 l50座级飞机使用的张 家界荷花机场规格的4D级机场，总占地3． 08平方公里，相当于4620亩，折合成前文 标准的高速公路，长88公里。 由此叮以看出，航空运输所占土地 (耕 地)面积较之公路运输少之义少，特别是 今后需要大发展的支线航宅与通用航空更 是如此 ；假如使用夫型客饥，还将提高单 位饥场面积的使用效益。结合国外的经验， 地形、地猊复杂的区域照样可以修建中小 型机场。而公路不想占用更多耕地，就需 修建更多的高架桥与隧道，加大建造成本。 另外，受桥梁承重能力和隧道或涵洞高度 与宽度的限制，无论是火车还是卡车，都 无法运送超大尺寸的货物。但是特别改装 或专门设计的大型飞机，载运大型货物的 能力还是相当惊人的。 有关方面在规划交通方面往往缺乏合 理的预见性，国内许多城市5年前修筑的道 路现在已经被堵得水泄不通。随着国民经 济的发展和居民收入的增加，乘坐飞机出 游的人员数量将大大增加，主要城市之间 的航班必然越来越拥挤。我国人口众多，运 输压力大，必须提高单次运输的周转量方 能成为解决问题的上策。由于国内机场太 少，就需要借鉴A380的设计理念，依赖大 型飞机以加大周转量，并以此提高运输效 益。因此，我国的大型客机计划不能光顾 及眼下的需求，必须以未来 2O年甚至更 长的时间作为设计的基础。但是以我国现 行的发展交通的理念和途径看，航空运输 的优势却不明显。主要表现在：有更多的 高速客运专线的投入使用，缩短了人们的 出行时间；以波音737为代表的中型飞机在 干线上使用运量偏小，票价昂贵；国内多 数机场远离城市不仅徒增了出行时间，还 得修建到机场的高速公路。 目前我国航空市场的航线过度集中于 枢纽机场，2005年底国内18个骨干机场已 经接近或超过了设计容量。国内机场数量 仅无法与国际水平相比，还缺乏中心机 场向中小型机场辐射的格局。所以，尽快 开发中等客流量航线，将运营的重点向开 发中等客流量航线市场转移也是一种较好 的解决途径。为了大力发展航空运输业，除 了积极研发大型客机外，还要坚持机场临 近城镇，小飞机、小机场、高密度飞行的 方针。 我国大型客机及其发动机发展战略 大型客机立项 研制直至批生产以来， 有可能对我国航空工业和民航业产生深远 影响。笔者结合我国航空工业现状 ，联系 国际航空工业发展趋势，判断国内未来 20 50年民用飞机及其动力装置的发展计 划，其中头 lO年为大型飞机专项的攻坚阶 段，也是填补国内大型客机及其高涵道比 涡扇发动机空白的时期；第二个 10年及其 以后为自行研制更大推力的发动机的发展 阶段，也是大型客机在第一阶段取得成果 后衍生发展或重新研制的重要阶段；随后 就是全面赶超欧美航空工业强国的阶段 ， 在此阶段就要研制具有世界先进水平的新 概念航空发动机并将之应用于新一代国产 客机上。 (一)大型客机及其发动机发展应把握 特别报道 的原则 1、最大限度地利用军用运输机的既有 成果。衍生、继承、创新、军民结合等是世 界各大航空发动机制造商取胜的法宝，借 鉴国外的成熟发展战略，为大型飞机配套 的发动机研制有两条道路：衍生和全新研 制。即要么在已有的 “太行”发动机核心 机基础上衍生发展，要么在为第四代战斗 机研制的核心机的基础上发展，要么是重 新研制全新的核心机，并在此基础上研制 新型发动机。根据我国正在实施的大型运 输机项目的进展情况看，当前应当采取第 一 种方法。 在国内全力以赴保障大型军用运输机 按计划研制的时候，民用飞机所承载的历 史重任已经大大减轻，大型客机在科技重 大专项上的意义有所弱化。因此，研制大 型客机的时间要求不是很紧迫。大型军用 运输机的设计、制造、试验和试飞等技术 与大型客机有 70％的共通性，可为大型客 机的研发奠定雄厚的基础。因此，可以最 大限度地借鉴、利用走在大型客机之前的 大型军用运输机的技术，包括发动机、机 翼、复合材料、飞行管理系统 (FMS)等。 2、“一次立项、两个机型、军民统筹、 系列发展”。国家发改委、原国防科工委和 中航一集团公司联合提出的这个计划的原 意是大型飞机作为国家科技重大专项可以 一 次立项并有两个机型，一个是大型军用 运输机，一个是大型客机 ；全面满足军用 运输机、民用客机的需求。此方针对大型 客机计划再合适不过了。具体说来就是，大 型客机可以共用一个机身和机翼，因采用 不同的发动机而有双发布局和四发布局之 不同。这些飞机，不仅有不同座级之分以 形成系列化，还要发展成军用的预警机、加 油机等特种机型。 在这方面，波音、麦道等公司尤其是空 中客车公司的发展经验值得借鉴。空中客 车公司的奠基人罗歇 ·贝泰耶在公司成立 之初，为其制定了机型发展战略。空中客 车公司遵照此战略，首先上马了250座级的 双发宽体客机A 3 00，接着将其缩短变为 A310，后来为一个平台、两个机型的A330 和A340宽体客机同时立项，两者的区别主 要在于发动机的型号和安装数量。该公司 研发的唯一一种窄体客机是A320系列，是 在A300、A310取得成功之后才被立项。空 中客车公司的驾驶舱具有很大的继承性与 共通性，同样地，波音公司的波音 75 7／ 767、波音747 400和波音 777在驾驶舱和 驾驶技术方面也存在很大的共通性。波音 和空客等飞机制造商还都善于衍生发展 ， 通过将机身加长或截短形成系列化，使飞 机拥有者具有很大的经营灵活性。 采用一个平台、两个机型发展模式的 好处，让我们可以迅速获得两种宽体客机。 无独有偶 ，俄罗斯也曾经打算将四发的伊 尔 ～96M／T衍生出双发的伊尔 98。这也 从另一个方面说明首先上马四发宽体客机 的好处。需要说明的是，首先上马四发宽 体客机较之上马双发宽体客机更加容易， 毕竟研制波音 777一级客机使用的发动机 对我们有很大难度。事实上，除了GE9O外， 其他可供新型双发宽体客机所用的发动机 均是衍生的。 3、循序渐进，逐步提高。研制大型客 机对我国从未成功研制出大型飞机的航空 工业是个不小的挑战，要在新材料、新工 艺等方面寻求突破。但是为了降低研制风 险，缩短研制年限，控制研制成本，必须 将新旧技术融为一体，尽量将成熟技术应 用于新机的研制与制造。比如，将歼 -10 枭龙战斗机的显示设备与飞行控制系统、 某运输机的整体油箱及ARJ2 1的超临界机 翼等技术移植过来等。考虑我国大型客机 项目起步较晚，大有追赶西方发达国家的 味道，一定要严密跟踪发达国家装备动态， 合理预测未来的发展动向，最大限度地应 用近年的预研成果。在发展过程中，必须 坚持量力而行、循序渐进、逐步提高的方 针。为实现 述 目的，可以分阶段实施： 第一步，借助第一代发动机、飞机，提 升工业整体水平。第一代大型客机，大量 应用现有成熟技术，不使用过多的新技术、 新材料，相对保守；但翼型为超临界机翼， 集导航、飞行控制、推力控制于一体的基 于数据总线的飞行管理系统直接移植大型 运输机的，从而形成国内第一代 FMS。这 一 阶段的大型飞机，相当于波音767的技术 航空昔案AvIatlon ArchlvBB 水平。为其配套的发动机采用损伤容限设 计、单元体结构、带突肩的风扇、整体叶 盘 、单 晶 叶 片 等 技术 ， 国 内第 一 代 FADEC。整体技术水平向 CFM56—5看 齐，相当于西方国家2O世纪90年代初期的 水平。 第二步，借助第二代发动机、飞机，向 西方看齐。飞机复合材料应用量至少达到 结构重量的20％，包括翼盒、机翼前缘、襟 副翼、垂直尾翼、水平尾翼、各种舱门、发 动机短舱整流罩等 ；采用第一代改进型 FMS。整体技术水平相当于波音777。发动 机采用无突肩宽弦风扇叶片，三转子结构， 复合材料机匣、包容环，第二代FADEC 等。发动机的整体性能向 “遄达”500／600 看齐，相当于西方国家20世纪90年代末期 的水平。通过使用弯掠叶片、吸声材料、双 环腔低排放燃烧室、轴向分级低排放燃烧 室等技术，降低污染物排放及噪声水平，使 其成为符合绿色概念的发动机 ，并取得 FAA和JAA的适航证。 从第二代国产大型客机起，逐步借鉴 波音 787、A350的设计理念，尽可能更多 地引入多电飞机 (MEA)概念，使MEA技 术代替传统的液压系统，应用于飞行控制、 刹车系统、反推力系统和机翼防冰系统等， 从而减轻飞机重量、降低耗油率。 第三步，借助第三代发动机、飞机，与 欧美航空工业强国进行正面竞争。第三代 发动机以新概念发动机为主，并使用第三 代 FADE C。飞机整体技术水平超越波音 787和 A350，复合材料用量超过 50％，使 用第二代 FMS。 在民用飞机及其发动机取得新的技术 成果以后，均可用新技术对旧有机型升级 改进，从而衍生出新的发动机和飞机系列。 4、自主研发为主，不重要的部件可以 转包。大型飞机作为我国完善航空工业体 系，冲击高科技制高点的一次努力，应当 自主研发。在不影响大局的情况下，可以 将小件产品转包出去，或者直接使用货架 产品 (COTS)。出于提升工业整体水平和 国家战略考虑，我们不能像西方国家那样， 将大型客机的成败与否建立在进 口发动机 或所谓国际合作上面。尽管美国的飞机有 许多部件转包出去，甚至让其他国家研制， 或者干脆使用欧洲的发动机，但有一点不 能忽略：美国即使不用其他国家的技术与 产品，自己也能生产。而我们假如被这种 现象所蒙蔽，将极大不利于民族工业与科 技的发展，甚至危及国家安全；即使是联 合研制也要居于主导地位，拥有知识产权。 这是我国数次冲击民用飞机的深刻教训。 由于我国自行研制涡扇发动机刚刚起步， 以前从未涉足高涵道比涡扇发动机，研制 进度很有可能跟不上大型飞机专项的进度， 只能先用进 口发动机临时替代。 (二)发动机的四步走实施战略 无论是先上双发的窄体客机还是先上 四发的宽体客机，都不影响我们以研制 180～240座的双发窄体客机和300～400座 的四发宽体客机为基准，讨论如何落实相 应的动力装置。除基于上述机型的考虑外， 从长远看，还必须考虑更大推力和新概念 的航空发动机问题。 1、进口。尽管 “太行”发动机已经设 计定型，但是由于我国是第一次研制高涵 道比涡扇发动机，需要在风扇叶片、复合 材料机匣、防火设计、可靠性、耐久性等 方面进行大量试验，并保证发动机的安全 性、经济性、环保性等诸项指标达到国内 或国际适航当局的严格要求。如若不然，就 必须考虑采取歼 lO战斗机的发展模式，为 第一代客机的原型机和初期生产型飞机配 备进口的发动机，以后再使用国产的高涵 道 比涡扇发动机。 当前可供选择的发动机主要有俄罗斯 的PS一90，西方国家的CFM56—5B2／5B3／ 5C、V2533-A5、RB21 1-535C、PW2037 等发动机。由于采购西方发动机用于军用 运输机的可能性较低，基本是PS一90A无 疑。 2、自行研制140～160千牛的高涵道比 涡扇发动机。前文已经叙及，这里不再赘 述 。 3、自行研制200～300千牛的高涵道比 涡扇发动机。具备研制140～160千牛发动 机的能力之后，也就具备了研制 200～300 千牛高涵道比涡扇发动机的能力。我国完 全可以在140～160千牛的高涵道比涡扇发 动机技术、经验或在研的大推力发动机核 心机或全新研制的核心机基础上，衍生发 展或全新研制新型的、更大推力的发动机。 该系列发动机不仅可以用于新一代客机， 也可以用以装备C一5、安一124级的战略运 输机，或者安装到第一代大型军用运输机 特别报道 AR,I 21—7 0 0客机下线仪式。 并延长机身以增加载重量；衍生出的燃气 轮机也可以作为全电巡洋舰、驱逐舰等新 一 代作战舰只的发电装置。 4、桨扇或其他新概念航空发动机。在 对未来的预测中，150座级的民用飞机仍将 占有大中型客机最大的市场份额。尽管波 音公司和空中客车公司尚没有拿出各自的 下一代l 5O座级飞机的具体方案，但欧美国 家的发动机制造商已经研制了桨扇发动机， 齿轮传动涡扇 (GTF)发动机等涡轮发动 机。 对于中短程客机而言，采用桨扇发动 机所取得的节油效果远远超过诸如采用层 流控制、复合材料、先进轻合金材料、主 动控制等技术的效果。采用GTF技术的发 动机能够使风扇的转速与低压涡轮不再同 步，因而使风扇叶片能够以较低的速度旋 转，从而提高发动机的效率，显著降低油 耗、废气排放和噪声。目前，国外正在研 制的供民用飞机使用的桨扇发动机，单台 起飞功率大致在6100～12000千瓦之间。为 此，我国应当为将来的150～190座的双发 客机研制相近功率的桨扇发动机。与此同 时，还应当研制80～130千牛先进技术涡扇 发动机作为备份，以降低风险。这些发动 机包括使用宽弦复合材料 (风扇)桨叶、齿 轮传动等技术。待自行研制的第三代发动 机成功之后甚至在第三代尚未实施以前， 即可开展多电发动机、脉冲爆震、旋转冲 压等新概念发动机的实用化研究。 四步走战略下引进或自行研制的发动 机既可用于军用运输机项 目，又可用于大 型客机项目。因应市场的需要，我国自行 研制的航空发动机也应系列化。为了打入 国际市场，在成功研制、装备国产的发动 机之后，同样可以选用西方的发动机。 (三)民用飞机三步走发展战略 1、将四发的大型客机确定为优先发展 的机型。先上马的四发宽体客机主要立足 于国内，兼顾一些国际航线。因此，飞机的 航程、机场适应能力、高温高原性能等均要 满足国内市场的需求。第一代飞机包括： 基本型。航程 5500公里，用于密集航 线，最大载客量400人，最大起飞重量达到 260吨 。 机身缩短的远程型。航程8000公里，可 搭乘300人。 增大推力的远程型。与第二代发动机 同步研制，航程 12000～15000公里，拥有 400个座位，最大起飞重量达到 360吨。 客货两用型。在基本型基础上研制。 货机型。在远程型基础上研制。 特种飞机。借鉴 A300—608ST、波音 747SCA／LCF、米亚一4、安 225等飞机 的经验，主要运送飞机的机翼、机身等超 大部件，驮运国产的航天飞机等。 本着 “让客舱地板下面可以赚钱”的原 则，地板下货舱最多可以容纳 26～40个 LD3航空标准集装箱，或者 9～l4个2．24 ×3．17米的标准货盘，为此机身宽度应当 达到5．64～6．08米。在方案论证阶段，充 分估计未来的军事用途 ，及早吸引军方投 资，并提出设计要求。 2、在四发宽体客机基础上衍生发展双 发宽体客机。待国产的200～300千牛高涵 道比涡扇发动机研制成功后，将四发宽体 客机换成双发宽体客机，形成又一个飞机 系列。其中： 基本型。航程8000公里，最大载客量 400人。 缩短机身的增程型。航程 1 1000公里， 可载客 300人。 加长机身的中程型。航程6000公里，最 多载客 500人。 增大推力的远程型。航程 l1 000～ l3000公里。 货机型。在加长机身的中程型基础上 研制。 前两代用于国内使用的中程客机应当 具备良好起降能力，起飞场长控制在2000 米左右，以适应国内4D级的机场跑道。为 此，需要加大发动机功率，改善增升装置 效率；同时，飞机起落架应当满足在多数 机场的起降要求。 3、150座级的先进技术客机。空中客 车公司之所以能够很快成为民机研发领域 的佼佼者，是与其适时的技术创新分不开 的。例如，该公司在成立之始凭借双发宽 体客机和玻璃化座舱为技术优势，开始进 军大型客机市场，销售一路攀升的A320系 列飞机 ，仰仗电传操纵等技术挑战波音公 司的霸主地位。有鉴于此，我国也应当依 靠技术实力参加全球航空市场的竞争。经 过四发、双发宽体客机及相应发动机的技 术积淀，我国将具备与欧美航空工业强国 竞争的实力。为了降低技术创新引起的风 险，适当控制研发经费，最好选择小一些 的飞机作为突破口。因此，第三步的应用 更多新技术的l10～190座的客机才是打入 国际市