大飞机,是指 150 座级以上、起飞重量 100t 以上的运输类飞机(俗称干线飞 机)。在干线 座级的商用飞机具有特殊的重要意义,满足了航空 市场对短程航线、低载客量的需求,因此最受航空公司的青睐。这个座级的机型 也是干线飞机制造的起点机型和基本机型。大飞机项目特指我国在中长期科技发展规划纲要中确立的研制大型飞机重 大科技专项,即 C919 项目。由大飞机项目推动的一系列航空制造产业均属于大 飞机产业。
自新中国成立以来,我国民用大飞机产业发展历程大体可以分为以下四个阶 段:(1)始于测绘仿制:参照苏联安-24 研制生产的运七飞机,于 1970 年实现 首飞,1984 年取得适航证,结束了中国民航全部使用外国飞机的历史;(2)运十艰辛探索:运十飞机项目于 1970 年启动研制;经过十年探索,于 1980 年首飞;运十飞机项目于 1985 年终止;(3)用市场换技术:1985 年起,我国与美国麦道公司合作生产 MD82/90 飞 机;1996 年开始,与空客公司合作研制 AE100 飞机,但都无果而终;(4)大飞机再起航:中国商飞公司于 2008 年成立,标志着中国大型客机研 制项目正式启动。中国商飞是实施国家大型飞机重大专项中大型客机项目的主体, 也是统筹干线飞机和支线飞机发展、实现我国民用飞机产业化的主要载体。
2002 年后,我国重回自主研制之路,立足自主研制,全球配套,逐步国产, 确定了“支线”的自主研制三步走战略。目前 ARJ21 已进入运营和批产状态,ARJ21 在 2016 年交付成都航空使用以 来,已经交付了 66 架(截至 2022 年 5 月)。在交付的 66 架 ARJ21 客机中,有 2 架为中飞通航,还有 64 架用于商业载客飞行。2022 年 12 月 18 日正式交付首家 海外客户印尼翎亚航空,首次进入海外市场。C919 飞机已于 2022 年 12 月 9 日正式交付给中国东方航空,同时中国民航局 已正式向 C919 颁发适航许可证。CR929 已确定总体技术方案,进入初步设计和供应商选择阶段。
在全球化竞争的大背景下,大飞机产业发展已不是单纯的市场竞争行为,而 是包含各国政府参与的综合性博弈。世界大飞机产业发展史已经证明,政策支持 是产品和企业成功的关键因素。大飞机科技创新活动具有高风险、高投入的特征, 是新型举国体制下的重大工程项目,我国政府既制定了明确的总体规划和发展蓝 图,也通过综合运用科技政策、产业政策、财税政策等,调动和激发科技人员和 创新主体的积极性,助力大飞机核心技术攻关,形成了推动大飞机实现突破和创 新发展的强大战略力量。
根据中国商飞市场预测年报(2022-2041),未来二十年,全球航空旅客周转 量(RPKs)将以平均每年 3.9%的速度递增,中国航空旅客周转量将以平均每年 5.6% 的速度增长;预计全球将有约 42,428 架新飞机交付,价值约 6.4 万亿美元(以2021 年目录价格为基础);中国的航空公司将接收其中的 9,284 架新机,市场价 值约 1.5 万亿美元;到 2041 年,中国占全球客机机队比例将从现在的 20%增长到 22%,为全球最大的单一航空市场。
长期以来,美国波音公司(BOEING)、欧洲空客公司(AIRBUS)几乎垄断了全 球民用干线客机市场,巴西航空业公司( EMBRAER)、加拿大庞巴迪公司 (BOMBARDIER)专注于支线客机市场。
从客机交付量角度来看,2021 年,全球商用飞机交付量 1036 架,其中波音 公司交付 340 架,空客公司交付 611 架,波音和空客两家公司交付量占全球交付 量的 92%。中国商飞交付 21 架,占 2%。
中国商用飞机有限责任公司,以下简称“中国商飞”,于 2008 年 5 月 11 日 成立。目前公司前三大股东国资委、上海国盛、中航工业分别持股为 49.8%、20.9%、 10.0%。
民用航空制造业是强化国家战略科技力量、拉动国民经济发展的重要引擎, 中国商飞及中国航空制造产业链肩负着打破现有格局、发展民用飞机并推动民用 飞机产业化的重要使命。
C919 项目构建了纵向一体化的产业布局,试图在双寡头领导的价值链之外, 重构一条以我为主的新价值链。该价值链以中国商用飞机有限公司(简称中国商 飞)为研发设计、整机制造、营销和售后的一体化中心,辐射到国内各飞机制造单 位,并吸收国外关键部件制造业的领先企业为供应商,旨在占领价值链的战略环 节,摆脱对双寡头的市场依赖关系,夺取价值链治理权。中国商飞自 2008 年成立后,成为了我国统筹干支线飞机发展、带动民用飞 机产业发展的主要载体,逐步形成了以上海为龙头,陕西、四川、江西、辽宁、 江苏等 22 个省市、200 多家企业、近 20 万人参与的民用飞机产业链。
未来国产化提升路径:由机体材料到关键系统逐渐替代。根据 2022 年 6 月 《民用航空零部件国产化:适航取证路径解析》一文介绍,C919 大飞机国产化率 约为 60%。未来大飞机国产化率有望进一步提升。根据目前大飞机项目主要分工来看,机体及集成系统主要由主制造商负责的, 涉及相关零部件结构国产材料受益,自主研发的机体所需复合材料有望率先实现 全面国产替代,如碳纤维复合材料等新材料对金属材料的替代;其次,合资企业共 同研发的如航电系统、机电系统中的相关关键零部件,在合资企业的联合研制中 不断优化,相关细分领域将会出现国产替代;最后,经过长期大飞机实际运营的系 统参数及故障修正的反馈,科研院所和商飞针对具体零部件的逆向、正向工程突 破的联合攻关,如涡轮叶片等小型零件等航空发动机零部件的国产化率也或逐步 提高。
民用航空器的适航性要求十分严格,导致其进入壁垒较高。民用飞机适航性 是飞机包含各部件和各子系统在内的整体性能和使用特性,需要在预期的运行环 境和使用限制下,体现安全性和物理完整性,并始终处于符合性设计和持续安全 运行状态的品质。民用航空产品适航管理称为“三证管理”,包括:对民机型号设计批准的“型 号合格证(TC)”、对民机型号生产批准的“生产许可证(PC)”和飞机投入航线运行 之前适航当局颁发的单机“适航证(AC)”。取得适航证(AC)是 C919 大型客机成 功实现商业化的关键,也是 C919 大型客机持续安全的保证。机载设备属于零部件,适用的主要适航方式为三种:“技术标准规定项目批准 书”(TSOA)、“零部件制造人批准书”(PMA)、“随航空器型号合格审定一起批准” (“随机批准”)。
取得 TSOA 的产品设备市场竞争力较强。技术标准规定项目批准书(TSOA)是 一种单独批准的方式,TSOA 包括设计批准和生产批准,不包括安装批准,对已获 得 TSOA 的设备若要装到某特定型号的航空器上,在装机前还要获得装机批准。TSOA 适航审定活动较为严格,取得 TSOA 的产品设备获得极大的市场认可度,同 时取得 TSOA 的产品可以用于不同型号的航空器,因此其市场竞争能力较强。国内适航能力将随着大飞机项目进程逐步提升。中国技术标准规定(CTSO)是 中国民航总局(CAAC)设定的机载成品系统必须达到的最低适航要求和最低安全 标准,对应美国 TSO。随着大飞机产业的带动的快速发展,CTSO 的数量正在逐步 赶超 TSO 的数量,尤其是最近的这五年,出现了突飞猛进的发展,五年时间共颁 布 85 份 CTSO,仅 2019 年就颁布了 59 份 CTSO,截至 2022 年 1 月 8 日,我国一 共颁布过 177 份 CTSO,废止了两份、失效了 15 份,现行有效的 CTSO 一共有 160 份,颁发 CTSOA 一共 952 项。我们有理由相信,未来将有更多的国内设备供应商 获得 CTSOA 甚至 TSOA 的认可,提升市场竞争力。
C919 项目坚持自主创新、开放合作,2008 年 C919 大型客机立项以来,在没 有经验可以借鉴的情况下,中国商飞作为主机所发挥链长作用,带领相关上游企 业先后攻克了综合航电、飞控控制率等一百多项关键技术,填补了多项国内空白。需求管理方面:“双 V”管理让飞机研制更科学。C919 大型客机首次使用国 际先进标准 ARP 4754A 作为系统研制管理流程,将研制需求从上而下分飞机级需求、系统级需求、分系统级需求、设备级需求,分别从确认和验证两方面,以需 求为核心,保证飞机按设计顺利完成。关键算法方面:自主研发完成 C919 飞行控制律算法。中国商飞组建了一支 以上海飞机设计研究院操稳特性与控制律室设计人员为主的攻关队,历时 4 年完 成了作为飞机“灵魂”的电传飞行控制律的设计。霍尼韦尔作为 C919 飞控系统供 应商,只负责将中国商飞设计好的算法与方案进行功能实现。
结构设计方面:首次应用第三代铝锂合金材料。C919 大型客机结构上大量使 用了世界先进的第三代铝锂合金材料,这在中国尚属首次,大大带动了国内航空 材料的发展,提升了航空材料的先进性。强度设计方面:创建千万级高精度有限元模型。在 C919 大型客机强度计算 中,除了使用国际通用的自然网格有限元计算模型外,还应用 1500 万级精细化 有限元模型进行补充,大大提高了计算精度目前,C919 大型客机有限元模型已经 做到 1500 万个节点,达到国际领先水平。大飞机项目作为创新“策源”点,不断孵化创新成果。在 C919 项目的推动 下,中国商用飞机目前已建成 2 个国家级创新平台、5 个省部级创新平台、一批 公司级试验室及研究机构。大飞机项目成为创新“策源”点,不仅孵化、衍生出 一批科技创新成果,也形成了科技创新集聚效应。以中国商飞在上海建设的大飞 机创新谷为例,以 C919 大型客机技术攻关和科技创新为牵引,累计有 100 余个 科研项目入谷,集聚众多创新人才,建立了多专业融合、多团队协同、多技术集 成的协同创新平台。创新驱动,未来可期。
从国内客机市场需求预测来看,未来 20 年,以 C919 飞机为代表的窄体干线 客机仍将是我国民航主力机型。综合考虑中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报 2022-2041》,中航工 业发布的《2022-2041 年民用飞机中国市场预测年报》,以及波音公司发布的 《Commercial Market Outlook 2022-2041》三份预测报告估算未来 20 年中国民 用客机需求数量。
根据《中国商飞公司市场预测年报 2022-2041》中的交付价值,测算涡扇支 线客机、单通道喷气客机、宽体双通道喷气客机的平均单价分别为 0.5 亿美元/ 架、1.2 亿美元/架以及 3.3 亿美元/架。测算未来 20 年中国新机交付市场总价值 约 1.3 万亿美元,折合人民币约 8.9 万亿元(按在岸人民币兑美元 6.89 计算)。
以中国商飞的 3 款主力机型 ARJ21、C919、CR929 为对象,预估国产客机未 来 20 年的交付量和交付价值情况。测算过程中的假设如下:假设 C919 客机从 2022 年交付,随后在的市占率稳步提升。参考 ARJ21 目前的交付量每年 25 架。参考 C919 项目 2008 年启动,2022 年预计交付的节奏,假设 CR929 从 2030 年开始交付(CR929 宽体客机项目 2014 年启动)。
参考《中国商飞公司市场预测年报 2022-2041》中目录价格,假设涡扇支线 亿美元/架,单通道喷气客机 1.2 亿美元/架,双通道喷气客机 3.3 亿美 元/架。参考国际航协 IATA 发布的预测,假设航空工业客运量、中国客机市场交付 量在 2023 年恢复到疫情爆发前 94%水。