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未来民用飞机的发展与展望讲解
未来民用飞机的发展与展望
民用飞机是一种面向全球竞争的商品，是现代科学技术的高度集成。
民用飞机科学技术是一个国家科学技术水平和工业发展水平的直接体现，也是一个国家参与全球经济合作加速进入世界科技大国的重要力量。
进入21世纪以来，随着我国经济技术的快速发展，党和国家充分认清发展民用飞机对于转变经济增长方式、带动科学技术发展、增强国家综合实力和国际竞争力的重大意义，把发展大型飞机列入重要议事日程，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》把发展大型飞机作十六个重大专项之一，将大型民用飞机纳入国家战略新兴产业发展重点之一。
从市场发展前景看来，伴随着航空技术的进步和运输组织管理及服务水平的提高，特别是大型民用运输机出现后，世界民航业一直处于快速增长状态。
到目前，全球形成了以北美、欧洲和亚太地区为主的三大航空市场，共占全球市场份额接近90％。
从上个世纪80年代以来，受经济全球化、发达国家放松航空管制以及向后工业化转变等一系列因素的影响驱动，世界民航业呈现出一些值得关注的重要特征和趋势，使得发展格局和利益获取已经和正在发生着深刻变化。
近十多年来，高新科技的研制和应用正在并将进一步提升民用航空的安全水平，促进民用航空持续快速发展。
一是发展了超大型飞机制造技术。
2008年已投入运营的载客量最大的空中客车A380飞机，合理采用了碳纤维等新材料和新型发动机等高新技术，飞机的安全性和舒适度得到大幅提高。
波音公司正在制造的7E7将第一次实现中型飞机尺寸与大型飞机航程的结合，具有较高燃油效率，出色的环保性能。
二是在空中交通管理领域广泛应用现代通信、卫星、自动化和计算机技术，展开了以星基导航为主导的空管技术革命。
三是兴起了绿色化的航空运输革命。
从改善飞机空气动力、提高发动机燃油性能、研制新一代聚合物和复合材料等方面降低航空运输对环境的污染。
就我国民用飞机发展看来按照通常定义，飞机主要可分为飞机机体、发动机及机载设备三大部分。
第一部分：
机体
机体包括机身、机翼和尾翼等，是飞机结构的主要构成
机身：
飞机上用来装载人员、货物、武器和机载设备的部件。
它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。
一般可分为前机身、中机身和后机身。
机翼：
安装在机身上。
其最主要作用是产生升力，同时也可以在机翼内布臵弹药仓和油箱，在飞行中可以收藏起落架。
机翼与机身连接处受力大、变形大，因此对于结构和材料要求较高。
尾翼：
安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装臵。
尾翼一般分为垂直尾翼和水平尾翼。
生产难度相当其它部分较低。
第二部分：
发动机
发动机将成为产业升级突破口发动机是飞机的心脏部分，也将成为中国航空工业产业升级的突破口。
为实现国产系列航空发动机逐步实现进口替代，中国商飞积极寻找国内的发动机成套及相关设备供应商参与大飞机项目的开发，中航商飞已确定国内自主开发的SF-A和SF-B两款发动机作为对现在大飞机项目使用的LEAP-X1C发动机的替代产品，预计这两款发动机将于2016年和2020年取得适航证书。
参与这两款发动机设计和制造的上市企业如航空动力、成发科技、中航动控和中航重机等将直接受益中国发动机国产化进程。
第三部分
机载设备一般是指完成飞行任务、作战任务以及为保证飞行员与成员安全、舒适而安臵在飞机上的、有独立功能装臵的总称。
一般将机载设备分为航电系统和机电系统。
航电系统主要包括飞行控制、飞行管理、座舱显示、导航、数据与语音通讯、监视与告警、机内通话、客舱娱乐等主要功能系统。
机电系统主要包括电力系统、空气管理系统、燃油系统、液压系统、救生系统、辅助动力装臵、机轮刹车系统、照明和生活设施等功能系统。
合作开发，逐步升级机载设备
包括机电设备和航电设备，其中航电设备国内民用航空领域基本处于空白，机电设备国内虽然具有一定的技术储备，但与世界先进生厂商相比还有一定的差距。
中国将采取国际合作模式，共同出资、共同开发，用市场换技术，并在合作中不断汲取国外先进技术和理念，逐步实现国内机载设备国产化程度，促进航空工业逐步升级。
机载统领域是将直接在国际合作和国内市场开拓中收益。
在飞机设计与制造方面，当前民用飞机的发展有三个趋势：
1气动布局设计仿生化程度提高
从世界上第一架喷气式民航客机“彗星号”到现在的波音787、空客a380、空客a350xwb、空客a320neo。
比较它们的区别以后，我们不难发现，它们的气动布局都差不多，都是两个后略机翼一个垂直尾翼，两个水平尾翼。
可仔细比较之下，我们也不难发现，它们的气动设计有着本质的不同。
比如波音787，它的机翼设计延续波音737NG（NextGeneration）/777的超临界机翼设计。
超临界翼的好处在于在高次音速时有较好的气动力效率，可以减少燃料的消耗并增加飞机的性能，如飞行距离等。
2机身材料科技含量提高
以空客A380为例子。
A380是空中客车第一次大范围在大型民用运输机上应用复合材料的飞机。
在空中客车公司，A310是第一次在襟翼盒上应用复合材料的飞机；A320是投产的第一架全复合材料尾翼飞机；A340飞机的机翼的13%重量是复合材料；而A340/500-600则采用了碳纤维增强塑料龙骨梁。
而A380飞机是空中客车第一次将碳纤维增强塑料（CFRP）应用于中央翼盒的飞机，这种结构与铝合金相比减重1.5吨。
A380上的中央翼盒重8.8吨，其中5.3吨是复合材料。
面临的主要问题是翼根的连接和零件的厚度，复合材料零件的厚度能够达到45mm。
但是有生产A340/500-600则采用了碳纤维增强塑料龙骨梁（16m长，23mm厚，每根梁承载450吨）的经验。
另外在A340-600飞机上还有襟翼翼盒、方向舵以及水平安定面和升降舵的整体复合材料设计经验。
A380飞机的CFRP水平尾翼与A310飞机的悬壁式机翼相近，而在中央翼盒上采用了合理的自动铺带技术。
此外，上地板梁和后压力隔框也采用了CFRP材料。
这些零件的第一个采用了挤压成形工艺，第二个试用了树脂模浸渍工艺和自动纤维铺放技术，最后由于形状的原因，最后选择了树脂模浸渍工艺。
在后机身非承压部位由于是双曲度壁板，所以采用了自动化
纤维铺放技术生产蒙皮壁板，高载荷承力框则采用高强铝合金加工，而承载较小的框则采用RTM制造工艺。
A380机翼固定前缘为热塑性复合材料，能够减重并节约成本。
这项技术已经在A340-600飞机上验证，改善了损伤容限和可检测性，进一步的应用还在研究中，例如应用于机身的次承力支架系统。
机翼后缘移动面采用了CFRP，并在难以用一般技术获得的成形零件上采用了RTM技术，如移动面的铰链和翼肋零件。
内侧襟翼与增升装置容易受到外来物的损伤，但考虑到减重问题，金属结构设计在这方面并不优于复合材料设计。
因此，在A380飞机的襟翼跟踪梁的设计中采用了金属与复合材料的混合结构，在横向壁板和次承力翼肋处用CFRP代替了铝合金。
另外，空中客车公司还首次将CFRP翼肋用于翼盒中代替铝合金。
最终在襟翼的中外翼部分、襟翼的整流罩以及扰流板和副翼上也采用了CFRP材料。
在夹层结构方面，主要的创新是采用轻型蜂窝代替了原来使用的芳纶纸蜂窝。
在A380上的典型应用包括腹部整流罩（超过300平方米）及地面这类大尺寸结构件。
用整体设计概念代替夹层结构的发展趋势，有可能在A380的机身和机翼起落架舱门上得到应用。
但是复合材料技术的应用必须在合理的成本下提供高的性能。
因此，在A380飞机上采用了自动丝束铺放、自动铺带、树脂膜浸渍以及树脂转移成型这些低成本生产技术，不仅能够生产大型复合材料零件，而且降低了装配成本。
3能效提高
在温室效应愈发严重的今天，环保是各行各业发展必须要解决的问题，民用飞行器也不例外。
空中客车A380采用了更多的复合材料，改进了气动性能，使用新一代的发动机、先进的机翼、起落架。
减轻了飞机的重量，减少了油耗和排放，座公里油耗及二氧化碳排放更低。
降低了营运成本，A380飞机机舱内的环境更接近自然。
客机起飞时的噪声可达当前噪声控制标准（ICAO）规定的标准要低得多。
A380是首架每乘客（座）/百公里油耗不到3公升的远程飞机（这一比例相当于一辆经济型家用汽车的油耗）。
油耗低了，运营成本也低了。
未来世界民用飞机市场需求量预测
1、2011年波音和空客销售额
欧洲飞机制造商空中客车（空客）公司，2011年共获民用飞机订单1419架，共交付民用飞机534架，在订单和交付量方面均创历史新高
2011年，空客公司新获订单总价值超过1400亿美元，其中包括A380飞机19架、A330和A350XWB系列飞机52架，320系列飞机1348架｡
2011年，空客共交付A320系列单通道飞机421架，创历史新高；A330飞机87架，与2010年持平；A380飞机26架，比2010年多8架｡此外，空客2011年共交付29架军用飞机｡
波音公司2011年共交付了477架商用飞机，该公司2011年总订单量为921架飞机（部分订单取消，剩下805份订单）。
2、
（1）平均客座率预测
随着世界航空运输业的复苏，2010年全球客运飞机行业平均客座达到了78.5%的新高，比2007年的上个历史记录高2个百分点。
从总体发展趋势来看，成本压力驱动航空公司采取各种措施提高客座率，从而保证收益水平，未来20年全球航空运输客座率将继续增长，预计将接近80%。
（2）现有飞机退役预测
根据对飞机机龄、满足飞机噪音水平限制以及燃油经济性等各方面情况的综合分析，预计2011~2030年全球将有超过1.1万架大中型喷气客机退役；另外，还将有3700架支线飞机从航线运营中退出。
预计未来20年间，全球共需要约2.85万架干线飞机和6700架支线飞机。
（3）大中型客机需求量预测。
预计2011~2030年间世界大中型喷气飞机（大于100座）需求量将达28500架，到2030年底，全世界将有近3万架的大中型喷气客机在航线上运营。
预计未来20年间共需要110座级飞机约2800架，150座级飞机约14000架。
200座级包括单通道和双通道两类机型，主要用于国内或者地区内的大客流量中短程干线航线。
在单通道和双通道飞机市场中，空客和波音均有新型的200座级机型，这些机型的推出也反映了强劲的市场需求和良好的发展前景。
预计未来20年间共需要200座级飞机7220架。
300座级飞机在一些需要较高频率的长航线或超长航线上非常适用也比较经济。
中型宽体客机的主要市场在亚洲，近年来在跨大西洋航线上的宽体客机也有所增加。
该座级也将有A350XWB-900和A350XWB-1000等新成员加入。
预计未来20年共需要该座级飞机约3600架。
400座级飞机预计未来20年间共需要约880架。
未来20年单通道客机仍将是需求量最大的机型，亚太、北美和欧洲将是其主要用户，需求量分别占全球单通道飞机总需求量的约三分之一和四分之一（北美和欧洲相近）；北美和拉美地区飞机需求中85%左右是单通道飞机，欧洲地区飞机需求中单通道飞机也接近80%。
双通道客机最大的用户将是亚太地区，其需求量占全球双通道飞机需求量的40%，中东和北美地区分别占约15%。
图1 2030年世界大中型民用客机需求量预测
（4）支线飞机需求量预测。
受燃油价格高位震荡的影响，支线飞机需求不断向较大座级转移，涡桨飞机市场需求也明显回升。
预计2011~2030年全球将有约6700架支线飞机的需求，其中喷气支线飞机4100架，涡桨支线飞机2600架。
其中喷气支线飞机在支线航空运输中发挥着重要作用。
由于二手飞机挤占了部分市场，所以未来10年对新飞机的需求将很少。
预计未来20年30~60座喷气支线客机的需求量约300架。
61~99座喷气支线客机可以为航空公司提供优化运力的选择，可以用于运量大的支线航线以及替换客流量不足航线上的窄体飞机。
预计61~99座喷气支线客机未来20年的需求量约3800架。
图2 2030年全球各类型支线飞机需求分布
涡桨飞机的经济性优势在短航线得到凸显。
2004年以后涡桨飞机的需求开始上升，在2007年达到217架的订货量新高。
在经过了世界金融危机之后的2011年，涡桨飞机订货回升到103架，其中70座飞机的订货占95%。
预计未来20年全球涡桨飞机的需求量为2600架。
其中，30~60座涡桨支线飞机新飞机的需求量约400架，61~99座涡桨支线飞机的需求量约为2200架。
我国民用客机的未来需求
预计2011~2030年间，中国需要补充各型民用客机4583架，其中大型喷气客机3682架，支线客机901架（不包括香港，澳门特别行政区和台湾的航空公司）。
（1）客机运力需求预测
从2008年开始，我国航空公司引进飞机的速度放缓，并加快老旧飞机的退役。
2010年我国航空运输市场需求旺盛，运力供给相对紧张，促成我国航空运输客座率水平达到了80%的历史高点。
为满足客运周转量的增长，预计2020年中国航空运输业运力需求达12566亿座公里；2030年运力需求达23918亿座公里。
（2）客机机队规模预测
为满足运量增长需要，预计到2030年机队规模为5118架，其中大型喷气飞机4164架，支线飞机954架。
（3）现有飞机退役预测
由于油价上涨和维修成本增长，老旧机型经济性明显下降，近年来一些航空公司加快了老机型退役的步伐。
根据航空公司飞机退役计划和退役假设，预计今后20年内中国将有971架飞机退役，其中大型喷气飞机885架，支线飞机86架。
根据调查显示，宽体客机在未来的民航市场发展中起着重要作用
到2013年3月，中国民航宽体飞机（货机）212架，其中：
客机169架，超大型的宽体飞机B747和A380有13架。
中国现在运营宽体客机中，2002年前引进的飞机37架，2002年以后引进的有132架。
下表是2013年3月中国民航在册宽体客机的机型分布及引进时间：
机型
数量
引进时间
运营航空公司
A340-300
6
1996
国际航空
B767-300
4
1994-2001
上海航空
B747-400/M
8
1994-2000
国际航空
B777-200
14
1996-2001
国际航空、南方航空
B777-200ER
5
1997
南方航空
B767-300ER
6
2002-2006
上海航空、海南航空
A340-600
8
2003-2004/2008
东方航空/海南航空
B777-300ER
11
2011
国际航空
A330-200
64
2005年起
国际、东方、南方、海南、川航
A330-300
38
2006年起
国际、东方、南方、海南
A380-800
5
2011-2013
南方航空
合计
169
2、中国民航宽体客机发展
趋势之一：
稳步增长
根据中国各航空公司的购机计划，国内主要航空集团已经明确引进的宽体客机112架，其中：
波音80架，空客32架。
具体分布如下：
机型
数量
航空公司
B777-300ER
40
国航、东航、南航
B747-8
5
国航
B787-8
20
南航、海航
B787-9
15
国航
A330-200/300
22
国航、东航、南航
A350-900
10
国航
合计
112
如果剔除掉尚在研制飞机中的B787-9和A350-900，再加上航空公司陆续退役（或置换）老旧飞机，预计，未来四年中国民航运营的宽体客机数量净增数量约在45架左右，将比目前净增25%，折算成年均宽体机数量增幅8%。
趋势之二：
飞得远
从飞机性能的变化上，中国民航未来宽体机的结构调整特点是：
远程宽体客体增加，如波音B777-300ER、B787-8和空客A330-200/300；将退役的机型主要是波音B777-200、B777-200ER机型以及运营成本偏高的波音B747-400、空客A340客机。
中国民航宽体客机的调整正在向着经济性高、飞得更远方向变化。
预计未来四年航空集团的主要宽体机以及数量如下：
类别
机型
数量
国航
东方
南方
海南
超大型
A380-800
5
5
B747-8
7
7
大型
B777-300ER
51
21
20
10
中型
B787-8
10
10
10
A330-200/300
117
40
36
30
11
合计
190
68
56
55
21
国内各航空公司为充分提高宽体客机的日利用率，降低运营成本，采用了国际（地区）、国内航线套飞的航班编排，宽体客体总体利用率以及航程均远高于单一执行国内航班的窄体机。
国内三大航空集团宽体机每个航班的平均航程约3500公里，远高于国内航线每班1300公里。
以2013年3月为例，国内三大航空集团宽体客机执行的航班架次以及平均每个航班航程如下表：
航空公司
宽体客机周班次
宽体客机每班次航程（KM）
国航
740
3800
南航
430
4200
东航
810
2700
南航因为A380执行了每天一班往返的广州—洛杉矶航线，其A380平均每个航班的平均航程也达到了4180公里，与国航新引进的B777-300ER每个航班平均航程4220公里的运营水平相当。
趋势之三：
宽体客机在总投入中占比基本稳定
从中国民航整体机队投入规模来看，宽体机在中国航空市场中所占的份额变化差异很小。
以国航、东航、南航等三大航空集团为例，2013年3月与2009年同期相比，宽体机投入份额占总投入的比例还从31%下降到30%。
2009年和2013年3月对比，国航、东航、南航三大航空集团宽体机投入份额变化如下图：
国航是三大航空集团中宽体机投入最多的，南航最低。
2013年与2009年相比，国航略增，东航略降；南航有增加，但是其宽体投入占整体机队投入比例最低。
三、中国三大航空集团宽体客机规划策略与市场运营研判
1、国航：
宽体客机规划清晰、运营稳健
国航运营了国内最大的宽体客体机队，到2013年3月，国航宽体客机数量达到了70架，其中：
24架飞机属于2000年以前引进，其余飞机均是2005年以后引进，在未来3-4年，国航还将引进10架B777-300ER和7架B747-8，预计将退役掉运营成本较高的B747-400、A340-300以及B777-200，并逐步形成远程飞机以B747-8I以及B777-300ER执飞为主，中远程以A330-200/300为主的机队结构。
机队结构的简化，将有助于大幅度降低运营成本，为国航长远的发展奠定基础。
在国航远期的宽体飞机引进上，国航已经订购了15架B787-9以及10架A350-900，这批飞机预计在2018年才能交付，有望成为国航未来远程飞机的主力机型，国航机队规划实现了“退役老一代、引进新一代、规划一代”的格局。
尽管国航运营了国内最大的宽体机队，由于每一种机型均有清晰的市场定位以及不同的性能特点，因此，我们预计在财务能力能够承受能力之下，国航会尽快让B747-400全面退出其国际航线，并用B777-300ER执飞北京往欧美主要的航点，空客A330-200执飞欧美澳其余航点的运营策略；考虑到飞行性能等因素，国航有可能不会引进更多的A330-300机型，并以之逐步取代现有波音777-200机型；在B747-8I和B777-300ER全面引进之后，逐步增加在上海市场的远程国际航线运力投入，谋取新的国际远程航线发展空间。
2、东航：
宽体客机的机队简单，引进稳健
目前，东航（含上海航空）运营了40架宽体客机，除了上海航空的7架B767以外，其余均是空客A330/340机型，其中：
数量最多的是A330-300机型，有15架。
在飞机引进策略上，东航采取了极为审慎的策略，引进与退出同步进行。
2011年10月17日，东航与空客订购15架A330-200，并出售5架A340-300，该批分机在2015年前引进；2012年4月28日，东航与波音公司签署订购20架B777-300ER飞机，并出售5架A340-600的协议；并采用出售一架A340-600，同时引进一架B777-300ER，预计2014年到2015年完成5架777-300ER飞机的交付任务；全部的777-300ER交付时间为2014年至2018年。
东航审慎稳健的飞机引进策略，使得东航宽体客机净增架数缓慢，机队结构也极其简化。
在完成飞机置换引进之后，东航的宽体客体机型主要有两种：
一是20架B777-300ER；二是35架左右的A330-200。
由于受制于机型性能的影响，预计未来两年，在北美市场上，东航只会对上海—洛杉矶、上海—纽约航线进行机型调整，不会增加增次，更不会增加新航点；在欧洲市场上，东航具备增投的运力条件，但在巨大的经营压力前，有可能小步增投。
在远程国际市场开发相对缓慢的之际，东航仍会将大量的宽体飞机投入国内以及周边国际地区航线，寻求最大的效益。
但是，东航志当不在此，在大量引进777-300ER之后，北美市场将是东航增投的主要方向。
总体而言，东航的中远程市场策略仍是慢中求强。
未来20年民用飞机的发展将成为中国经济重要的驱动力。
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