要做一个强国,就一定要把装备制造业搞上去,把大飞机搞上去,起带动作用、标志性作用。十七年前,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》发布,明确将“大型飞机”列为16个重大专项之一,次年大型飞机研制重大科技专项正式立项,同年运-20与C919两款大飞机相继立项,那一年《大型飞机方案论证报告》提出了“大运、大客协同发展”。

运-20机队
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运-20机队

时光荏苒,如今运-20与C919都已经渐入佳境,前者已经实现大批量交付列装,并形成了整建制作战能力,后者也翻开了商业运营的新篇章。

5个月前,C919开始商业载客飞行。
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5个月前,C919开始商业载客飞行。

运-20与C919虽然都是大飞机,但二者的体量却是相差甚远,前者起飞重量达到了179吨,如今已经服役的完全体运-20B则是220吨级,C919的最大起飞重量则是72.5吨,数值相差3倍有余。

配置涡扇-20大涵道比发动机的运-20B
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配置涡扇-20大涵道比发动机的运-20B

C919作为窄体单通道干线客机会是一款成功的机型,因为国内98%的航线距离都在4000公里以内,C919完全可以满足市场所需,但仅仅如此是不够的。

据波音公司的市场分析报告披露,不断增长的需求将使中国成为全球最大的航空市场,包括今年在内,未来20年中国市场将需要8560架新客机,其中支线客机350架、窄体单通道干线客机6470架、宽体客机1550架、货运飞机190架,总价值约11万亿人民币,这还不包括约5万亿人民币的航空服务市场。

C919总装生产线
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C919总装生产线

在所需新飞机中,宽体客机数量虽然相对较少,但就比例来看依然有18%,考虑到宽体客机的价格远高于窄体客机,总价值占比将超过30%,而这还仅仅是国内市场需求,如果着眼全球航空市场,市场价值将再上一个数量级,这么大一块蛋糕,我们如果不吃,那就得让别人吃。

世界航空市场长期被波音、空客两大巨头占据,给人一种针插不进水滴不进的感觉,但我们不信这个邪,C系列客机的命名就宣示了我们在未来世界民用航空市场中实现三足鼎立新局的雄心壮志。

空客总装生产线
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空客总装生产线
波音总装生产线
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波音总装生产线

面对波音空客两大巨头数十年积累的庞大存量资产,C系列客机要实现逆风飞扬自然是道阻且长,但道虽远行则必至,我们的底气源于两个方面,一方面是我们势必将拥有全球最大的航空市场,可以培育壮大国产民机,另一方面则是航空工业技术积累的今非昔比。

为了构建更为完整的大飞机产业体系,早在C919尚未首飞之际,另一款真正意义上的大型民用客机C929就已经启动研究,从型号名称来看,它应当是一款有290个座位数的大型双通道宽体远程客机,可以对标波音787-9、空客A350-800。

波音787-9
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波音787-9
空客A350-800
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空客A350-800

近10年来,C929的型号名称经历了从C929到CR929再到C929之变,名称之变见证了中国航空工业的实力之变。

CR929
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CR929
C929
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C929

近日,官宣消息首次确认C929已经实现型号立项,研制工作处于初步设计阶段,并瞄准2030年前后首飞,它将是我国第一款洲际喷气客机,而且有三款子型号,从基本型到缩短型到加长型,座位数覆盖250至350,航程可达1.2万公里,其中标准型最大起飞重量247.5吨,比运-20B的220吨级最大起飞重量还要重还要大,而C929会大比例应用复合材料,在这种背景下,可以想象这款飞机究竟有多大。

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在型号立项之前,C929就已经有了很多研制进展消息,比如全尺寸复合材料机身壁板工艺件试制成功、复材前机身攻关全尺寸筒段下线、CJ-2000AX验证机项目进展顺利等。

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C929复材前机身攻关全尺寸筒段下线
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C929复材前机身攻关全尺寸筒段下线
C929机身复合材料加工
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C929机身复合材料加工

其中,复材前机身全尺寸筒段直径达到了6米,与之对比,标准载客量369人的空客A350-1000飞机的筒段直径是5.96米,因此可以预期C929的发展前景远不止型号名称所展示的那样,因为它还有加长型。

C929与C919相比,后者走的是一条“中国设计、系统集成、全球招标,逐步提升国产化率”的发展路线,前者能否复刻这条路线呢?答案可能是不行,因为C929必须要有足够高的国产化率,这是一个不以人的意志为转移的事实,一个显而易见的事是,国际市场上能为C929供应发动机的厂商极为有限。

发展航空,动力先行。C929的设计理念是低油耗、低噪声、低排放,从一开始就放弃了四发方案,而是双发配置,这就意味着1台发动机要当2台发动机用,不仅对推力有极高的要求,在此基础上还要实现一系列的节能减排目标。

国际市场上能满足C929设计要求的发动机只有两款,一款是罗罗公司的遄达7000发动机,另一款是GE公司的GEnx-1C发动机。遄达7000发动机存在推力不足的问题,GEnx-1C发动机则存在研发时间不赶趟的问题。

测试台架上的遄达7000发动机
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测试台架上的遄达7000发动机

要想实现2030年前后首飞C929的目标,唯一的选择可能就是配置国产长江-2000大涵道比涡扇发动机,这也意味着该型发动机比长江-1000发动机更可能获得商业上的成功,因为后者完成研发之时已经度过了C919的生产高峰期,也是不赶趟,长江-2000则不同,它极有可能比C929机体研发进度更快。

多年前公开亮相的长江-1000AX发动机
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多年前公开亮相的长江-1000AX发动机
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长江-1000虽然最终可能难以获得商业成功,但它所走过的研发路径,以及培育的供应链、人才团队皆是长江-2000逆势反超的基石,长江-1000可以解决我国民用大涵道比涡扇发动机的有无问题,而长江-2000则将直接瞄准世界领先水平。

为了推动240吨级的C929,长江-2000发动机起飞推力超过35吨,具有低燃油消耗、低排放、低噪音、高可靠性、长使用寿命、低维护成本的产品技术特点,多项指标优于现役同类型发动机产品。

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超过35吨起飞推力的长江-2000有多强?作为对比,运-20B配置的涡扇-20推力是14吨至16吨,按最大值算,长江-2000也是涡扇-20推力的2倍有余。就风扇直径看,长江-2000发动机是约3米,涡扇-20则是2.3米,可以说是一款巨型涡扇发动机,1台长江-2000能顶两台涡扇-20。

推力增大是需求使然,长江-2000还将集合通用与罗罗两大发动机巨头之所长,就是应用“碳纤维复合材料叶片”以及“齿轮传动”,这两项技术的应用就足以确保该型发动机在同级别产品中独占鳌头。

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民用发动机为了追求燃油经济性,通常有更大的涵道比更大的风扇直径,相较于军用发动机减重压力更大,因此通常采用空心钛合金叶片,而碳纤维复合材料叶片的重量则更轻,同时拥有更好的耐冲击能力,还有成本优势。

据公开报道,早在两年前某单位就成功交付了长江-2000大涵道发动机所用的复合材料叶片。

在材料方面我国其实并不弱,比如我们还有比碳纤维复合材料叶片综合性能更好的多款金属基复合材料叶片,这些将作为下一代发动机的技术储备。

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三年前,官宣就已经确认长江-2000发动机已经完成核心机试验。
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三年前,官宣就已经确认长江-2000发动机已经完成核心机试验。

齿轮传动则是对标世界领先的一项关键技术,传统民用大涵道发动机的风扇与涡轮是通过传动轴刚性连接,这样一来就存在矛盾,涡轮为了提供更高的能量需要提高转速,但是风扇在追求大尺寸的同时需要适当降低转速,目的在于降低叶尖线速度,以及叶根载荷,如果能将风扇与涡轮通过某种连接方式加以分离,则可以化解矛盾,齿轮传动就是一个很好的办法。

通过在风扇与涡轮之间设置齿轮传动装置,就可以调节两者的转速,这样一来更有利于提高发动机的涵道比,风扇可以做得更大,更有利于节省燃料,实践表明此种办法可以降低20%的燃油消耗,这就是核心技术突破带来的效益。

据公开报道,早在去年某单位承研的长江-2000项目的首台风扇驱动齿轮箱试验任务顺利完成,该齿轮箱具有传递功率大、工作转速高、功率密度高的特点,是新一代航空发动机动力系统的重要设备。

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更令人振奋的是,C929并不是终点,今年年初某单位的公开报道中就指出“C939也已经上马”,根据型号名字面意思理解,这将是一款可以对标空客A350-1000 和 波音-777X,载客390人、航程1.5万公里、最大起飞重量超300吨的超大型宽体客机。

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十多年前我们就说了,要A、B、C三足鼎立,实践表明我们当然不只是说说,坐拥全球最具价值航空市场的中国民用航空业,势必会重塑全球航空制造业格局,这是可以预见的未来。