國產(chǎn)商用客機向何方

我國商用客機產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步成形，并正對標世界先進的商用飛機研發(fā)水平不斷追趕。同時，我們也正眺望未來，并且在塑造未來客機的路徑上勇攀高峰。

C919與C929依然采用了傳統(tǒng)的構(gòu)型布局設(shè)計。這種設(shè)計路線的歷史非常悠久，可以追溯到噴氣式發(fā)動機最初被投入民航市場的年代。

1949年，英國設(shè)計制造的世界上第一架噴氣式客機——德·哈維蘭公司的“彗星”飛機首飛成功。出于減小飛行阻力等目的，“彗星”客機選擇了在翼根部位內(nèi)埋4臺發(fā)動機的設(shè)計。1950年，波音公司代表團在參觀“彗星”客機后認為，采用發(fā)動機吊艙化設(shè)計的客機能獲得更大的總體優(yōu)勢，由此，波音367-80項目誕生。之后，該項目先后衍生出了著名的KC-135加油機和波音-707客機。

由于發(fā)動機吊艙設(shè)計對發(fā)動機的檢修、更換、型號更換和升級（通常會導(dǎo)致尺寸明顯增大）等工作來說非常方便，而且能顯著降低客艙內(nèi)的噪聲和振動，這種布局在推出之后就因其經(jīng)濟性、舒適性方面的優(yōu)勢和較高的日利用率，成為噴氣式客機最受歡迎的總體布局形式。

現(xiàn)在，全球的主要客機型號中，這種被戲稱“兩桶一棍”的設(shè)計布局依然占據(jù)著壟斷性地位。C919也并不例外。但70多年來在全球航空科技工作者們不遺余力地優(yōu)化之下，在現(xiàn)有的能源布局和科技手段下，“兩桶一棍”布局的性能潛力已經(jīng)不復(fù)當年，圍繞該布局進行的優(yōu)化工作，邊際效應(yīng)遞減非常嚴重。打個比喻，在該布局投入應(yīng)用的早期，要實現(xiàn)一分性能提升，只需要花一分力氣；現(xiàn)在，雖然技術(shù)更先進了，但要取得一分性能提升，起碼需要花十分的力氣。而且這種趨勢還在加強中，未來要在這一傳統(tǒng)布局上實現(xiàn)性能的提升，工作將越來越難，成本將越來越高。

因此，現(xiàn)在全球航空制造業(yè)都在尋求“轉(zhuǎn)換賽道”，以突破傳統(tǒng)構(gòu)型的局限，希望通過開發(fā)新的總體構(gòu)型，來大幅提升未來客機的總體性能。而同時，“轉(zhuǎn)換賽道”也意味著未來民航領(lǐng)域的適航要求和標準將大幅變化。目前，這樣的趨勢已經(jīng)體現(xiàn)在了很多西方國家對未來民航業(yè)的標準制定中。如歐盟“歐洲航空2020遠景”“2050年航空發(fā)展展望”“潔凈天空”“下一代航空運輸系統(tǒng)”等計劃或者項目。這些規(guī)劃對于未來客機的油耗、氮氧化物、噪聲等指標提出了苛刻的要求，客觀來說，在現(xiàn)有傳統(tǒng)客機的構(gòu)型路線下，這樣的指標目標是不可能完成的。

這意味著，未來的民航客機必須在氣動布局構(gòu)型和動力系統(tǒng)上都實現(xiàn)巨大的突破和進步，才有建構(gòu)新的體系、達成這些新目標的可能性。

針對C929之后的國產(chǎn)商用客機遠期發(fā)展，我國多個單位已經(jīng)在著手進行探索和研究論證工作，并提出擁有充分技術(shù)可行性的中、遠期路線。

2018年，中國商飛公司設(shè)計研發(fā)中心“追風(fēng)”工作室連續(xù)放飛三型構(gòu)型與眾不同的客機驗證機。2018年8月10日，第一代大尺寸桁架支撐翼布局驗證機“乘風(fēng)”Vlplus在上海金山首飛成功。

2018年7月29日，第二代翼身融合（BWB）布局縮比驗證機在寧夏首飛成功，并完成了相關(guān)飛行試驗。

2018年7月16日，桁架支撐翼（TBW）布局縮比驗證機在上海金山完成試飛。

2023年1月，西北工業(yè)大學(xué)團隊研制的翼身融合大型客機的縮比試驗機也成功進行了首次試飛。

今年4月，中國商飛北京民用飛機技術(shù)研究中心向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交了名為“一種氫能源飛機儲氫罐布置結(jié)構(gòu)和氫能源飛機”的專利申請。專利具體涉及一種氫能源飛機儲氫罐布置結(jié)構(gòu)和氫能源飛機。

這些成果意味著我國航空科技工作者正在嘗試突破傳統(tǒng)構(gòu)型，塑造新的未來客機圖景。那么，在以上諸多的新構(gòu)型中，哪種更可能在短期的未來付諸實踐？哪種可能在更遠期的未來獲得實踐的客機構(gòu)型？

客機傳統(tǒng)構(gòu)型之所以已經(jīng)進入“邊際效應(yīng)遞減”階段，一個重要原因是下單翼設(shè)計所采用的懸臂結(jié)構(gòu)，已經(jīng)做到了當前材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程能力極限，無法在控制機翼重量的前提下進一步加大機翼的翼展和展弦比——通俗來說，機翼已經(jīng)不能做得更纖長、更大了。

如果能進一步大幅加大翼展和展弦比，讓飛機能從更廣闊的氣流區(qū)域內(nèi)榨取出更多的升力，即使是保留傳統(tǒng)的筒狀機身，以獲得對現(xiàn)有體系的最佳繼承和兼容，飛機依然還有很大的氣動性能提升余地。

而桁架式的機翼結(jié)構(gòu)正是突破這一工程困境的方法之一：通過添加支撐結(jié)構(gòu)，使機翼的內(nèi)段形成封閉的大型承力框架——這是遠比懸臂結(jié)構(gòu)強壯的形狀，進而能用纖細得多的機翼，實現(xiàn)遠超傳統(tǒng)構(gòu)型的翼展和展弦比，從而極大提升飛機的整體氣動性能，尤其是巡航效率。

根據(jù)目前的研究和試驗結(jié)果，采用桁架式布局的客機可以在機身相同的前提下，實現(xiàn)翼展加大接近60%、展弦比加大104%的突破。在設(shè)計合理、優(yōu)化到位的前提下，桁架式布局的潛力極限，理論上可以支持到這樣的水平：相較于現(xiàn)有主流客機，噪聲降低71分貝、起降階段氮氧化物排放減少80%、油耗降低60%、起降距離縮短50%以上。

同時由于桁架式布局客機保留了傳統(tǒng)的圓筒狀機身和起落架布局，它可以非常優(yōu)異地兼容各種現(xiàn)有的機場設(shè)施，實現(xiàn)近乎無縫式的客機型號升級替換。因此，在向遠期未來客機時代邁進的過程中，桁架式布局客機是最佳的過渡選擇。

而遠期的未來客機方案，則更可能采用機身與機翼融為一體的翼身融合（BWB）構(gòu)型。

傳統(tǒng)客機構(gòu)型中，圓筒狀的機身幾乎不貢獻升力，是整個飛機最大的阻力來源。但在翼身融合方案中，機身也會不同程度地變成機翼的一部分，貢獻相當一部分升力性能。

翼身融合客機能提供比桁架式布局客機更為優(yōu)越的飛行性能，但它也面臨著很多額外的推廣阻礙。比如，現(xiàn)階段所有能支撐中大型客機運營的機場，從廊橋等基礎(chǔ)設(shè)施到各種保障車輛，都是針對圓筒狀機身結(jié)構(gòu)設(shè)計的：翼身融合布局這樣具備顛覆性外形特征的客機，一旦不能與現(xiàn)有機場設(shè)施良好的兼容，就無法避免面臨運營效率和乘客滿意度的下降。

這樣的既有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不是單獨一家飛機制造商或者航司就能在短時間內(nèi)輕易改變的。因此翼身融合布局飛機的推廣和應(yīng)用必須歷經(jīng)較長的時間。

然而，作為商用客機市場上的后發(fā)國家，我國在C919剛剛投入運營、C929尚在研發(fā)的現(xiàn)在，便已經(jīng)啟動了對未來新型客機的深入探索，這體現(xiàn)了我國對于航空事業(yè)未來發(fā)展的嚴肅態(tài)度和長遠規(guī)劃?？梢云诖磥砦覈娇湛萍籍a(chǎn)業(yè)將成為造福國計民生、容納高層次人才就業(yè)、連接全球市場、牽引中國制造進入全球領(lǐng)先水平的高科技關(guān)鍵行業(yè)。（文章來源：微信公眾號“看航空”）