野心与梦想:国产大飞机浮沉五十年

  来源:远川研究所

  1999 年 10 月 3 日一大早,一架通体灰色,还没来得及喷漆的 150 座客机从上海宝山的大场机场缓缓升空,飞机上只有三名乘客,当过空军一号驾驶员的美国人别林斯,波音驻北京代表处的飞行顾问罗伯特·约翰逊,还有一位中国观察员。

  飞机升空后迅速爬升至 1.1 万米,沿着东海岸一路向北,飞到靠近山东半岛时又调头折返,原路返回大场机场。第二天,提前拟好的新闻通稿登上了各个地方日报的重要版面:中美合作 MD-90 飞机在沪首飞成功。

  1984 年,上海汽车和德国大众的合资公司落地,技术换市场的桑塔纳模式登场,这启发了在运-10 项目上进展缓慢的中国航空业。航空工业部与美国麦道公司合作,引进了当时麦道的 MD-82 飞机产线,希望在民航业复刻桑塔纳的路径。

  从 80 年代中期到 90 年代中期,中美合作一共组装了 35 架 MD-82/83 飞机。以此为基础,1992 年,航空部又与麦道签定了合作生产 40 架 MD-90 的合同,口径也从“中国组装”变成了“联合研发”。

  MD-90 是当时技术上相对先进的民航机型之一,中国航空工业的精锐力量悉数参与,上航、西飞、沈飞、成飞各自承担了不同的零件和装配任务。

  1999 年 10 月,MD-90 在上海总装完成后,首次试飞成功,原本的国产化率目标是 70%,完工时达到了 90%。2000 年 2 月 24 日,第二架 MD-90 在现场的鲜花与掌声中圆满试飞。

  然而,伴随着 MD-90 的升空,中国国产大飞机的梦想却一头扎进谷底。

  1997 年,波音兼并了财务状况不佳的麦道,麦道生产线随即被关闭。随后,民航总局提出:国内 MD90 飞机与波音同步停产。

  时值第一架 MD90 在上海进入总装关键时刻,中国方面已经按 20 架飞机的需求采购了设备和材料,正在总装的两架 MD-90 原本应是起航,结果成了绝唱。

  2000 年,第二架 MD-90 试飞成功的同时,数千名工程师正在附近的上海飞机制造厂里,忙着销毁和 MD-90 有关的一切材料。按照波音的要求,四个飞机制造厂共近 5 万个图号的图纸,85 吨的技术资料,700 万字的功能试验文件,860 万字的工艺标准必须清空。

  经历了运-10 的跌宕,MD-82/83 的蜜月,中国航空工业为之付出了无数人力物力的大飞机,顿时陷入了迷茫。

  MD-90 客机

  在大飞机验证飞行之前,中国民航飞机制造的历史已经踽踽独行了接近半个世纪之久。外资工厂、院所教授、政府官员、海归精英、资本掮客等一大批人物逐一登上历史舞台。这段错综复杂的历史大致可以分成三个阶段:

  坚强萌芽(1970-1986 年):运十计划,以首长专机为目标的高成本制造,商业化意识几乎为零;

  混乱年代(1978-2000 年):外资企业麦道登场与中国联合研发组装,象征着技术换市场的彻底失败;

  全面对决(2008-如今):C919 大飞机登场,核心零件外采+自主组装模式出现,市场化路线成为阶段主导。

  如果说芯片是工业和科技的皇冠,那么大飞机就是皇冠上那颗最显眼的明珠,其重要性远远超过了对 GDP 贡献的那一行数字。

  历史的教训

  上世纪 90 年代,航空部制定了民航飞机制造三步走战略:第一步,国外提供技术和设备,中国负责装配;第二步,中外合作,研制 100 座级飞机;第三步是自行设计、制造 180 座级飞机。

  在这个宏伟蓝图之下,找到一家手握核心技术、设备,并同时渴求中国市场的合作方是最基础的一步。

  彼时,曾经睥睨军用机市场的麦道,转型民用机后,也在波音和空客的夹击下有些走投无路,有意通过中国市场挽回颓势。

  1984 年起,双方一拍即合,快速上马了 MD82/83 飞机的组装合作。合作期间内,中国方面一共装配出了 35 架 MD-82/83,双方合作一切顺利。

  在此基础上,航空部与麦道又在 1992 年签订了合作生产 40 架(后改为 20 架)更新型号的 MD-90 合同。

  1997 年,MD-90 项目全面展开。与前期中国只能进行简单组装的 MD82/83 项目不同的是,MD-90 项目中,麦道只给图纸和原材料,零件制造到总装试飞全都由中国完成,中方需要经手的零件从 2000 多项猛增到 40000 项。

  中国企业作为飞机干线主制造商、零部件制造商的系统管理能力、总装能力、工艺文件、工艺装备等等能力,也在这期间得到了充分肯定。

  没想到的是,一切都按照最初计划完美实现之时,“老朋友”麦道,在这一年的元旦,给中国人送上了一份大礼。

  1997 年年初,第三次石油危机的余波,加速了亏损二十多年的麦道被波音合并。而与波音原本产品系列有冲突的 MD-90 项目,也被波音要求不再继续投入资源。

  然而此时,中国方面已经按照5-10 架的生产计划准备了对应的设备、人员和管理系统,无论是生产 2 架还是 200 架,这些成本都是固定的。而且,麦道提供的原材料和生产设备还在源源不断运抵上海。

  于是,一片错愕中,国产 MD-90 完成了两次完美试飞。然后就被长期停放在大场机场的试飞站,无人认领。

  与美国人的麦道项目流产,让航空部在 1997 年再次将希望寄托在了欧洲的空客身上。

  当时,100 座级飞机是民航飞机中的一个真空地带,同样垂涎中国市场的空客抛出橄榄枝,愿意为中国市场打造一款 108 座的 AE-100,由中国制造组装。

  随后,中航工业总公司和空客签署了 AE-100 项目的框架协议。作为“回礼”,中国从空客采购了 30 架 A320 系列飞机。

  正当中航宣布成立 AE-100 飞机项目西安现场指挥部,准备摩拳擦掌、大干一场时,空客却开始频频发难:

  先是以中方能力有限,控股困难为由,提出超过 10 亿美元的巨额技术转让费,后又开始在国际舆论上造势,称“100 座级别的民用客机没有足够的市场,经济上不可行”。

  可笑的是,对外宣布与中方合作的 AE-100 项目终止后,仅仅四天,空客就高调宣布了其自行研制的 107 座的支线飞机 A318,设计概念与 AE-100 完全相同,堪称“借尸还魂”。

  于是,这场与空客的合作,以一种飞机制造全落空,采购订单先送出去的诡异方式无疾而终。

  90 年代提出的三步走,实际上只走出了第一步。

  组装的价值

  接连被美国人与欧洲人摆了一道之后,中国航空业确定了新的思路,一是不再寄望于海外的技术转移,二是先集中精力攻克更低技术难度的支线飞机,为自主研发大飞机探路。

  2002 年 9 月,70 座~90 座的 ARJ21支线飞机研制立项时值“9·11”之后的全球航空业萧条,ARJ21 在这个背景中上马,可谓踩中了航空工业最后的机遇,美国《航空周刊》当时评价说:

  如果 40 年后中国在全球航空业发展成为一个竞争力强的对手,那么我们应该说,他们是从 ARJ21-700 飞机开始的。

  2007 年,首架 ARJ21-700 飞机在上海总装下线,一年后成功完成首飞。有了支线飞机的研制经验,国产干线飞机项目也很快提上了日程——也就是 C919。

  不过,即便有 ARJ21 作为基础,C919 从 2008 年立项到 2015 年总装下线,依然花费了近十年时间。2017 年,C919 在上海首飞成功,浓缩了中国民航工业近半个世纪的浮沉跌宕。

  2022 年 12 月,拿到国内适航证件的 C919 正式交付了第一架飞机,这意味着 100 小时验证飞行阶段完成后,国内乘客就可以乘坐 C919 了。

  C919

  从 2017 年试飞到 2022 年交付,恰好是中美贸易摩擦不断,半导体产业薄弱环节充分暴露的时期。风光无限的 C919,也被波及成了舆论里的靶子。毕竟号称国产大飞机,国产却只体现在轮胎、隔音棉、地板内饰,发动机和关键机载设备却是清一色的进口。

  尤其在发动机领域,迄今仍被美国通用、美国普惠、英国罗尔斯·罗伊斯(劳斯莱斯)和法国赛峰排列组合出的 6 家欧美合资公司所牢牢把控。

  比如 C919 现在使用的 LEAP-1C 发动机,就来自通用电气和法国赛峰的合资公司 CFM。

  甚至出于商业竞争目的,CFM 给 C919 定制了一个丐中丐版:重量和长度都比波音的B型发动机增加了 40% 以上,推重比太差,导致 C919 的航程只有 4000-5500 公里,而波音 737MAX 的航程有 6000-7000 公里,极大降低了国际航线的竞争力。

  争议也因此甚嚣尘上:核心零部件大多进口而来,到底能不能叫自主研发?

  实际上,飞机能组装成功,就已经是一种顶级制造能力。

  飞机制造本质上考验的是对几十万零部件进行选型、协调、管理的“系统集成能力”,以及整体设计规划和精密控制的水平。

  做消费电子,把 CPU 内存硬盘等零部件往主板上一插,就是台能用的电脑;但造飞机,把发动机买回来装进飞机壳里——这玩意它飞不起来。

  1994 年 6 月 6 日,西北航空一架飞机在飞行过程中解体,原因就是减震交换平台后面的倾斜阻尼插头和航向阻尼插头错插了[1]。

  ARJ21 研制过程中,燃油箱的放油切断阀与辅助动力系统(APU)供油切断阀一开始被相邻安装,间距不足 8 厘米,但两者连接器型号和规格都是相同的,就存在插错的风险[1]。而一个飞机中,这样细碎的零部件,足足有几十万个。

  与此同时,组装好之后,还要做到“完全”不出错。举例来说,商用飞机有一个 10(-9) 标准,可以简单理解为,假如每周往返北京上海一次,军用飞机的安全性设计标准是 20 年发生一次机毁人亡事故,商用飞机则是 2000 年发生一次,目前,商用飞机技术水平实际能够达到的标准,是 6000 年发生一次[1]。

  C919 有几十万个集成模块,将这些零部件无缝对接,哪怕每个都是 99.99999% 的准确率,累积起来的正确程度可能也就只有 90%。

  把发动机、航电、飞控、液压等系统集成起来,制造一架达到适航标准的大型客机,其难度绝不是 CCTV 科教频道里“大爷自购零部件徒手组装飞机”能够比拟。

  最重要的是,飞机组装也意味着零部件的自主采购权,带动的是整个产业链的进步。和消费电子不一样,“拼起来的飞机”本质上是一个供应链平台。

  ARJ21 立项时,由于全球范围内新飞机项目很少,通用电气为了拿到发动机订单,在竞标时的报价非常低,并且主动推动国内的制造商合作生产。但到了 C919 研制阶段,一些发动机零部件就已经能在中国生产了。

  这其实也是决策者当时的预设。经历了 MD-90 折戟,无论是财政的投入力度,还是市场主体能够调动的资源,在当时从零开始研发大飞机无异于天方夜谭。在这种背景下,决策层制定了一个新的三步走策略:

  第一阶段,先主攻支线客机,取得 FAA 的适航证,力求具备市场竞争力。

  第二阶段,量产支线客机的同时,启动国产大飞机的研发,核心部件暂时从国际采购。

  第三阶段,同时自主研发发动机、机载系统,实现国产化,最终形成完整民航飞机产业链。

  这三个阶段中最难的恰恰是第二阶段。原因在于波音和空客的核心能力同样体现在于系统集成,波音 787 的国产化率只有 35%,而空客的供应商分布在全球 27 个国家。用波音副总裁卡罗琳·科维的话来说:

  “如果买来零部件就能轻而易举地组装飞机,世界上就不止波音、空客两大飞机制造商了。”

  技术 or 商业

  当然也有人质疑,军用飞机我们都能做到核心零部件自研了,为什么在民用市场还要继续给外国人送钱?

  一个反直觉的事实是,做民航飞机的难度,实际上比军用战斗机的难度还要更高。

  比如在安全性指标中,交通运输部规定民用航发的空中停车率为 0.002-0.005 次/1000 小时,而军品约为 0.2 次/1000 小时,相差百倍。加之民航对发动机还有油耗、成本等综合考量,实际上发展难度更大。

  而长达几十年的探索期内,中国航空工业面对的挑战除了技术,还有商业层面的平衡难度。

  和高铁以及军用产品不同,民航是一个市场化程度极高的行业,就算各大航司有意使用国产,也需要先考虑自己兜里的预算究竟还有多少。

  与麦道合作 MD-90 时,原定生产 150 架飞机,全部由中方认购,但民航即使勒紧裤腰带,能购买的理论上限也只有 25 架。

  于是,1994 年,中国方面和麦道重新协商,商定向麦道采购 20 架,合作生产 20 架,中国以学技术为主。由于亏损严重,当时每架飞机还需要财政补贴 800 万美元[11]。

  然而,由于中国还在技术爬坡,实际制造成本比预计的量产成本还要更高,民航只同意预订美国生产的 20 架和自己造的 5 架。以至于其余 15 架国产在规划中的 MD-90 迟迟没有找到原意预订的买家[11]。

  后来波音关停产线,预计生产 20 架的 MD-90,实际拿到适航证的只剩 2 架,就这也没能找到买主,理由依然是成本太高,航司“不可能专门为这两架飞机配置技术维修队伍[12]”。

  而在具体的设计和制造环节,即使各项技术指标做到全优,民航客机的买主往往还要考量油耗和以及实际的航线规划等问题。

  民航工业史发展到今天,不乏技术上成功,但商业上失败的案例。2007 年,空客推出了全面超越波音 747 的宽体客机 A380,载客量迄今全球最高,航程也接近民航业最高水平,被奉为空客的“家族明星”,项目之初,业界一度预测 A380 能卖出 1000 架以上。

  然而,这样一架明星产品却在短短 14 年后停产,老款的波音 747 却翱翔了半个多世纪。

  A380 失败的本质在于空客对航空市场的错误预期。超大客容量、超远程航线的飞机只适合在重要的国际枢纽间往返。在波音 747 流行的年代,二三线城市的旅客得去北京上海等一线城市的国际机场,才能飞到欧美国家大都市。

  在这个背景下,500 以上座位的飞机,理论上市场想象力是很大的。

  但问题是,航空公司出于对上座率的担心,实际做法是增加中小航班班频次,通过中转承接二三线机场的乘客,而不是使用更大容积的飞机实现一站到底。

  相应的,对大承载量飞机的需求自然就减少了,全球各大航司接连取消 A380 订单,第一大客户阿联酋航空直接砍单 30 架。

  平均来说,一架飞机至少要卖出 420 架才能回本,A380 最终的成绩是 251 架。

  这也就回答了“为什么不能把军用发动机放到民航”这个问题。和半导体产业有点类似——造一块纸面性能强劲的芯片并不难,但难的是有愿意适配的下游终端产品、围绕在硬件周围庞大的软件开发者,以及最终为研发成本买单的消费者。

  这里面,市场是关键词。

  与此同时,航空发动机是个典型的渐进式创新门类,尽管中国在军用航发领域的研发经验长达 70 年。但对民航发动机的研究,从某种意义上来说是从大飞机立项后才开始的,和欧美相差了半个世纪[5]。

  对国产大飞机而言,发动机是又窄又险的独木桥,交付数量是绕不开的里程碑,两者都是必答题。

  尾声

  波音 747 项目的总工程师乔·萨特写过一本《未了的传奇》,记录了波音 747 从立项、研制、试飞直至交付客户的整个过程中许多鲜为人知的故事。

  1980 年,乔·萨特和一众波音高管来到中国,参观了模仿波音 707 设计生产的运-10 飞机,乔·萨特在书中写道:

  “当时有超过 50 个中国的工程师和政府官员陪同我们一起参观。我观察飞机,他们则好奇地看着我的一切动作,围在我身边,我盯着飞机的机身、机翼和起落架看的时候,我看哪儿他们也看哪儿。

  当我告诉他们我觉得运-10 看起来是一款好飞机的时候,他们如释重负。我感觉自己就像一个正在检阅部队的将军。”

  航空工业之所以重要,在于其强大的外溢效应。在波音分包项目里吃尽甜头的日本人,曾对 500 项技术扩散案例做了研究,发现 60% 的技术来源于航空工业。

  如果将民用船舶业对产业拉动以 1 元计算,那么家电为 45 元,汽车为 80 元,而大型客机为 800 元。

  而它的复杂性在于,每一点的进步都依赖精密的设计与大量审查和验证,以及在市场中换来的商业竞争力。

  波音的 767 分包订单几乎以一己之力带动了日本高端机床的成功,时至今日,787 机体和机翼部分的几乎全部生产都在日本进行,但日本的 MRJ 支线客机项目在经历频繁的超支和超期后,依然胎死腹中。

  对中国而言,无论是大飞机的产业链,还是高端制造业的全球竞争力,依然是一门尚未结业的大考。

  参考资料

  [1] 一个国家的起飞:中国商用飞机的生死突围,刘济美

  [2] 中国航空工业何去何从,王小强

  [3] 中国民航现状及其问题

  [4] 逐梦蓝天:C919 大型客机纪事,刘斌

  [5] 中国大飞机何时用上“中国心”?刘大响:国产发动机取得重大突破,新京报

  [6] 中国商飞往事 ,饭统戴老板

  [7] 未了的传奇——波音 747 的故事,乔萨特,杰伊斯宾塞

  [8] 中国大型飞机发展战略研究报告,路风

  [9] 亲历 MD-90 首飞,杨伟江

  [10] 中国为什么要花 46 年建造大飞机,汤小平

  [11] 中国民航工业的现状及问题—— MD90 干线飞机项目的上马与下马,大公报

  [12] 上飞总装的两架麦道 MD-90 飞机被买主拒收,南方周末

  编辑:刘芮/杨婷婷

  视觉设计:疏睿

  责任编辑:李墨天