宋文濱

上海交通大學(xué) 航空航天學(xué)院， 上海　210020

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航空經(jīng)濟學(xué)及面向價值的飛機設(shè)計理論與實踐

宋文濱*

上海交通大學(xué) 航空航天學(xué)院， 上海210020

摘要:全球化的市場競爭是商用飛機產(chǎn)業(yè)的重要特征之一，對安全性、舒適性、經(jīng)濟性和環(huán)保性指標的不斷追求推動著技術(shù)的不斷進步及產(chǎn)業(yè)鏈的全球化發(fā)展。在飛機設(shè)計中，對經(jīng)濟性的考慮在航空技術(shù)和型號發(fā)展中的作用越來越突出，也是中國航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)因素之一。在新技術(shù)研發(fā)決策及其在型號中的應(yīng)用中，經(jīng)濟性考慮始終是決策的關(guān)鍵因素，本文綜述航了空經(jīng)濟學(xué)的研究范疇和主要分析方法，及其對飛機概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)選擇等主要決策的影響，面向價值的設(shè)計理論和方法在飛機設(shè)計中的實踐。希望本文的發(fā)表可以促進航空經(jīng)濟學(xué)的發(fā)展，相關(guān)方法可以在型號設(shè)計的最優(yōu)綜合評價中發(fā)揮作用，實現(xiàn)涵蓋時間成本在內(nèi)的綜合評價指標最優(yōu)的方案?？梢灶A(yù)期，航空經(jīng)濟學(xué)的發(fā)展有助于提升中國航空制造業(yè)在競爭越來越激烈的全球航空產(chǎn)業(yè)鏈中的競爭力。

關(guān)鍵詞:飛機設(shè)計； 技術(shù)經(jīng)濟學(xué)； 航空經(jīng)濟學(xué)； 價值工程； 面向價值的設(shè)計

航空運輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展推動世界經(jīng)濟發(fā)展，目前的世界民機市場是產(chǎn)業(yè)鏈全球化加速發(fā)展和相對壟斷并存的市場，呈現(xiàn)出整體穩(wěn)健增長的態(tài)勢，特別是亞太地區(qū)對商用飛機持續(xù)增長的需求。對飛機環(huán)保指標以及燃油效率的持續(xù)追求成為飛機技術(shù)發(fā)展的主要推動力之一[1]。與此同時，國際戰(zhàn)略態(tài)勢的演變也在推動國防航空技術(shù)快速發(fā)展，系統(tǒng)復(fù)雜性的增加使得新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用成本越來越高，不但受到全球整體經(jīng)濟環(huán)境的影響，對中國航空產(chǎn)業(yè)技術(shù)能力保持持續(xù)快速躍升也帶來了挑戰(zhàn)，使得航空經(jīng)濟學(xué)問題的研究越來越重要，特別是研發(fā)投入的創(chuàng)新效益及在型號的市場價值實現(xiàn)方面，需要持續(xù)開展相關(guān)理論和應(yīng)用的研究[2]。

與其他類型產(chǎn)品相比，一個國家或制造商的不同飛機項目之間通常具有明顯代差，同時由于飛機項目的研制周期和使用壽命長，因此研制費用高，單一型號研制的成敗甚至決定了制造商的生存能力。與此同時，商用飛機對市場和用戶需求的適應(yīng)性決定了其市場競爭力，未來市場趨勢的準確預(yù)測，型號參數(shù)的優(yōu)化和項目的有效管理對項目的市場成功具有深刻的影響。然而，國內(nèi)外航空制造企業(yè)的型號實踐經(jīng)驗卻不止一次表明，在復(fù)雜的型號研制中實現(xiàn)設(shè)計目標、市場需求、技術(shù)先進性和商業(yè)利益的綜合決策過程中所面臨的巨大挑戰(zhàn)。航空產(chǎn)品的研制中技術(shù)跨越式發(fā)展的特征顯著，長期技術(shù)研發(fā)投入帶來的經(jīng)濟負擔以及新技術(shù)應(yīng)用對飛機型號選擇的潛在風險，未來經(jīng)濟環(huán)境和市場的不確定性以及競爭對手的應(yīng)對措施都是需要在項目進展中持續(xù)考慮的因素。在傳統(tǒng)學(xué)科布局中，關(guān)于項目和技術(shù)經(jīng)濟性的研究統(tǒng)稱為技術(shù)經(jīng)濟學(xué)，但其作用更多地體現(xiàn)在項目早期及評審過程中，在設(shè)計全壽命過程中后期的作用往往限于財務(wù)狀況的監(jiān)控與管理，很多情況下，由于項目更改所帶來的財務(wù)和時間成本無法承受，導(dǎo)致針對項目的決策選項非常有限，因此需要在項目初期和全壽命周期有效管理項目的技術(shù)和經(jīng)濟指標，確?？尚泻涂煽氐那疤嵯聦崿F(xiàn)項目對各方利益的最大化或價值損失的最小化。

航空產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋飛機制造商、供應(yīng)商、用戶以及監(jiān)管部門，大致分為民用航空和國防航空，其中民用航空產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要的推動作用，目前已經(jīng)發(fā)展為軍用和民用技術(shù)各有所長、相互促進的態(tài)勢。同時，航空技術(shù)的研發(fā)主體覆蓋型號制造商、專業(yè)研究所以及高等院校等。技術(shù)研發(fā)的經(jīng)濟性指標的層次化、關(guān)鍵指標、分析方法以及應(yīng)用框架也成為長期決策的重要內(nèi)容，對戰(zhàn)略性的競爭力發(fā)展至關(guān)重要。

經(jīng)濟性數(shù)據(jù)的分析是開展航空經(jīng)濟學(xué)研究的重要基礎(chǔ)，依賴于長期的數(shù)據(jù)積累和有效的分析方法。一些典型的數(shù)據(jù)包括：各國航空研究項目的投入水平的歷史變化，型號更新的速度；軍機和民機型號的入役和投入商業(yè)運營的時間；單機價格的變化趨勢；直接使用成本和現(xiàn)金使用成本的構(gòu)成及變化；航空公司的盈利水平的變化；民用飛機機隊的歷史數(shù)據(jù)和未來趨勢預(yù)測；系統(tǒng)供應(yīng)商的變化；飛機油耗的歷史趨勢，發(fā)動機技術(shù)發(fā)展趨勢(包括提升關(guān)鍵參數(shù)的技術(shù)研發(fā)成本估算)，不同技術(shù)成熟度的研發(fā)投入和周期等。

在飛機項目研制中需要通過開展技術(shù)經(jīng)濟分析和評估，經(jīng)濟性指標的多樣性和不確定性對開展長期的技術(shù)經(jīng)濟評估帶來了挑戰(zhàn)，合理的指標需要綜合考慮整個產(chǎn)業(yè)鏈中制造商、使用方以及供應(yīng)商的利益，并能夠推動技術(shù)和產(chǎn)業(yè)進步，滿足最終用戶的需求。

在項目的經(jīng)濟性評估中可以使用的指標包括單機價格，項目成本和使用成本等，這些指標在型號研制和項目決策中都有一些應(yīng)用，但是不同指標的應(yīng)用也存在差異，主要體現(xiàn)在不同經(jīng)濟性指標的側(cè)重點不同，例如使用單機價格指標開展優(yōu)化得到的產(chǎn)品往往忽略了使用成本，導(dǎo)致其運營成本缺乏競爭力，而對項目總成本的控制則有利于制造商在設(shè)計決策中綜合考慮所有權(quán)成本和使用成本的綜合權(quán)衡。

在飛機研制的全產(chǎn)業(yè)鏈中，不同階段的價值主體不同，關(guān)注的經(jīng)濟性指標也不同，市場因素對價值鏈不同價值主體間的價值分配起到均衡作用，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈價值的最優(yōu)化是實現(xiàn)制造商利益最大化的必要條件，而技術(shù)的先進性以及在型號設(shè)計中的最優(yōu)化應(yīng)用是核心內(nèi)容。

全產(chǎn)業(yè)鏈中不同價值主體對價值的定義不同，分析方法不同，其應(yīng)用方法也有差異。本文通過全面綜述全壽命框架內(nèi)價值的概念和分析方法，發(fā)展和完善對飛機設(shè)計方案以及關(guān)鍵技術(shù)成本和周期進行評估的研究。

本文的目的是綜述航空經(jīng)濟學(xué)的理論和實踐，為學(xué)科的發(fā)展及應(yīng)用提供相對完整的框架，推動價值驅(qū)動的飛機設(shè)計方法的發(fā)展。航空經(jīng)濟學(xué)研究既涵蓋宏觀內(nèi)容，需要考慮廣泛的環(huán)境背景，例如國際戰(zhàn)略和經(jīng)濟形勢，民機制造產(chǎn)業(yè)鏈模式，國防合同管理方式，民機和發(fā)動機使用及維修的商業(yè)模式，以及技術(shù)研發(fā)投資模式等都對技術(shù)研究和產(chǎn)品研發(fā)都有深遠的影響。同時，航空經(jīng)濟學(xué)也涉及微觀內(nèi)容，例如結(jié)構(gòu)布局選擇，特定技術(shù)的工程決策等對經(jīng)濟性的影響。宏觀因素對飛機項目的影響復(fù)雜，同時由于飛機項目的時間跨度大，技術(shù)和市場不確定性高，可以歸結(jié)為戰(zhàn)略成本或風險成本。主要考慮因素包括：①國際及地緣因素；②經(jīng)濟環(huán)境，例如GDP總量以及年增長率，燃油價格波動等；③技術(shù)能力以及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展；④航空專業(yè)人才的培養(yǎng)。經(jīng)濟性設(shè)計方法在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用考慮對飛機總體、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)選，結(jié)構(gòu)設(shè)計，性能優(yōu)化，系統(tǒng)供應(yīng)商選擇等。此外，全球化的產(chǎn)業(yè)鏈布局的發(fā)展使得傳統(tǒng)的面向單一指標的經(jīng)濟性設(shè)計方法需要進一步的發(fā)展，考慮全產(chǎn)業(yè)鏈的價值定義和優(yōu)化，及如何使其在不斷變化的市場生態(tài)環(huán)境中處于有利的位置。

本文在總結(jié)傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟學(xué)科的內(nèi)容基礎(chǔ)上，介紹航空經(jīng)濟學(xué)的主要內(nèi)容和相互之間的關(guān)系，并與飛機設(shè)計過程的討論緊密結(jié)合，有助于發(fā)展飛機設(shè)計綜合性評價體系、基于系統(tǒng)工程的設(shè)計流程和方法，并可對未來飛機項目的發(fā)展起到借鑒作用。本文的主要貢獻體現(xiàn)在以下3個方面：①綜述現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟學(xué)研究的方法論;②型號應(yīng)用的分析、不足和需求;③航空經(jīng)濟學(xué)的未來發(fā)展方向。

1飛機設(shè)計方法和流程

航空設(shè)計技術(shù)的歷史實踐表明[3]，經(jīng)典的飛機設(shè)計過程一般分為具有顯著特點的3個階段(概念、初步和詳細設(shè)計)，這一劃分方法可以比較準確地反映飛機設(shè)計過程的主要特點，概念設(shè)計階段的主要任務(wù)在于針對需求定義確定飛機的總體方案和參數(shù)，包括大量不同的設(shè)計方案的對比研究，這一基本特點要求該階段使用的分析模型具有較高的計算效率，一般是基于以往設(shè)計經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)的經(jīng)驗理論公式，通過多次迭代逐漸逼近，這一迭代過程中模型和數(shù)據(jù)的精度不斷提高。初步設(shè)計階段則進一步完成主要部件的參數(shù)設(shè)計和飛機性能及主要系統(tǒng)的確定。詳細設(shè)計階段所有部件和系統(tǒng)參數(shù)細節(jié)的參數(shù)定義，為全機制造、總裝和試飛提供數(shù)據(jù)。雖然3個設(shè)計階段各有顯著的特點，但3個階段的劃分卻缺乏明確和統(tǒng)一的節(jié)點，往往存在一定的交叉和重疊，雖然如此，但是跨階段的設(shè)計迭代則是應(yīng)該避免出現(xiàn)的，否則對項目進展會帶來嚴重的影響。

中國航空飛行器的研制程序一般包括5個階段：方案論證、方案設(shè)計、工程研制、設(shè)計定型和生產(chǎn)定型。概念設(shè)計、初步設(shè)計和詳細設(shè)計的任務(wù)主要集中在上述5個階段劃分方法的前4個階段。美國NASA系統(tǒng)工程手冊將復(fù)雜系統(tǒng)的研制按照全壽命周期的框架劃分為如下7個階段[4]：

1) 概念研究階段(Pre-Phase A: Concept Studies)。

2) 方案和技術(shù)開發(fā)階段(Phase A: Conceptand Tech Development)。

3) 初步設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)階段(Phase B: Preliminary Design and Tech Completion)。

4) 最終設(shè)計和工程研制階段(Phase C: Final Design & Fabrication)。

5) 系統(tǒng)總裝、集成與試驗(Phase D: System Assembly, Integration & Test)。

6) 使用和維護階段(Phase E: Operations &Maintenance)。

7) 退役與處置階段(Phase F: Closeout, Disposal of Systems)。

其中前4個階段中體現(xiàn)了概念設(shè)計、初步設(shè)計和詳細設(shè)計3個階段的明顯特征，7個階段的劃分方法也體現(xiàn)在項目全壽命周期成本分析方法的建立中。

在工程實踐中通常使用現(xiàn)代的項目管理軟件(如DOORS[5]),通過一系列評審實現(xiàn)整個設(shè)計過程和設(shè)計方案的管理和控制。同時，在目前及未來的型號發(fā)展中則需要更高可信度的基于物理規(guī)律的多學(xué)科仿真模型來實現(xiàn)復(fù)雜約束條件下的優(yōu)化決策，其中包括發(fā)展和使用更精準的經(jīng)濟性分析模型來實現(xiàn)項目的目標管理、成本控制以及進度控制等，以實現(xiàn)飛機項目、設(shè)計方案綜合價值最優(yōu)的總體目標。典型的飛機項目成本曲線如圖1所示。圖中給出了計劃成本和典型的實際成本曲線。項目初期的需求定義和總體方案優(yōu)化可以影響或鎖定整個項目成本的70%以上，而項目設(shè)計更改或糾錯成本也隨著項目的進展越來越高，更加凸顯高質(zhì)量需求管理和設(shè)計決策的時效影響。這一規(guī)律不但適用于軍機項目，也同時適用于商用飛機項目。

圖1典型的飛機項目成本曲線
Fig. 1Typical cost curves of aircraft projects

傳統(tǒng)飛機優(yōu)化設(shè)計中，在追求綜合性能最優(yōu)的同時，雖然可以通過考慮重量最輕或油耗最小來兼顧成本因素，但由于飛機項目的長周期特點和新技術(shù)應(yīng)用，以及宏觀經(jīng)濟環(huán)境發(fā)展的不確定性，采用飛機全壽命成本框架下的經(jīng)濟性分析方法可以更加全面地考慮飛機項目成本，并通過關(guān)聯(lián)參數(shù)分析與優(yōu)化決策，實現(xiàn)更好的成本控制，以及制造商和使用方的利益平衡。全壽命成本方法不僅適用于飛機研制領(lǐng)域，對大型工程或國防項目同樣適用。

飛機項目具有周期長、投資高、新技術(shù)密集等一般特點，長周期特點帶來的技術(shù)、需求和市場不確定性為項目的商業(yè)成功帶來挑戰(zhàn)，需要采用動態(tài)管理的方法。國外對各種不同飛機項目的全壽命周期研究具有較長的歷史，發(fā)展了多種方法，常用的方法包括類比法、工程法以及參數(shù)法[6]，其中類比方法的可信度取決于類似機型數(shù)據(jù)的長期積累，工程法是一種自上而下的方法，通過工作分解結(jié)構(gòu)(Work Breakdown Structure, WBS)和成本分解結(jié)構(gòu)(Cost Breakdown Structure, CBS)對工作包和成本項目進行逐級分解匯總，得到總項目的全壽命成本估算；參數(shù)法將飛機項目的主要特征和性能參數(shù)與成本關(guān)聯(lián)，該方法使用簡單，對類似技術(shù)條件下的類似機型的成本估算適用性好。在實際項目的成本估算中，一般需要綜合多種方法，并開展相應(yīng)的不確定性和風險分析。

單機成本的估算一般通過發(fā)展一系列的成本估算關(guān)系式(Cost Estimation Relationship，CER)，這些關(guān)系式一般是基于特定機型的技術(shù)成本數(shù)據(jù)和主要特征性能參數(shù)，統(tǒng)稱為工程參數(shù)法[7]，各種不同經(jīng)濟性指標的估算是飛機設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)。飛機設(shè)計從基于試驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù)的流程向基于物理仿真模型的多學(xué)科綜合方向發(fā)展，經(jīng)濟性模型也成為綜合優(yōu)化的必要指標，與飛機的性能指標共同參與對飛機參數(shù)的優(yōu)選。

2航空經(jīng)濟學(xué)研究內(nèi)容

飛機項目的技術(shù)經(jīng)濟性分析是傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟研究的主要內(nèi)容。而本文關(guān)注的航空經(jīng)濟學(xué)的研究范疇超越傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域中的成本分析，不但涵蓋航空產(chǎn)品及技術(shù)經(jīng)濟性分析，而且進一步納入航空運營經(jīng)濟性，以及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟等方面的內(nèi)容，如圖 2所示。

圖2航空經(jīng)濟學(xué)研究范疇
Fig. 2Research scope of aero-economics

圖3航空業(yè)的主要利益相關(guān)方
Fig. 3Stakeholders in aerospace industry

航空經(jīng)濟學(xué)重點從價值鏈角度分析在設(shè)計、制造、運營等全壽命周期框架內(nèi)實現(xiàn)包括制造商及運營商在內(nèi)的整個產(chǎn)業(yè)鏈中各利益相關(guān)方的價值,航空產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域主要的利益相關(guān)方如圖3所示。航空經(jīng)濟學(xué)的具體研究內(nèi)容包括航空制造商的產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟性分析、競爭性分析、產(chǎn)業(yè)鏈管理、技術(shù)合同管理，以及航空運輸領(lǐng)域中的需求分析、成本指數(shù)、維修成本、競爭性分析等內(nèi)容，甚至還包括航空產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學(xué)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈分析等，如圖 4所示。

對商用飛機市場價值的分析主要關(guān)注的需要考慮的因素既包括與飛機性能相關(guān)的參數(shù)，也包括與市場相關(guān)的參數(shù)，兩類影響因素的主要內(nèi)容如表1所示。兩類參數(shù)之間存在相互影響，型號的商業(yè)成功需要實現(xiàn)技術(shù)指標和市場需求的有效匹配，同時具有很強的時效性和針對性。

航空經(jīng)濟學(xué)的研究既可以服務(wù)于宏觀目標，包括監(jiān)管方的研發(fā)戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)政策、適航規(guī)章及稅收政策的制定，和制造商的長遠技術(shù)研發(fā)決策及型號發(fā)展決策，以及運營方的長期機隊規(guī)劃等，也可服務(wù)于微觀決策，例如制造商有關(guān)新技術(shù)的經(jīng)濟性分析及設(shè)計優(yōu)化、運營方的定價策略等。同時，還涵蓋制造商的項目成本(人力成本，設(shè)備折舊，技術(shù)研發(fā)投入)，研發(fā)成本的計算方法及在技術(shù)研究和型號發(fā)展中的應(yīng)用等。

考慮全壽命周期框架下的不同價值主體采用的不同經(jīng)濟性指標是貫穿航空經(jīng)濟學(xué)研究的主線，也有助于形成不同價值主體之間價值聯(lián)系的基本框架，需要關(guān)注的一些基本內(nèi)容包括：各項成本費用的估算方法，包括運營費用估算方法；費用主體的分割及影響；現(xiàn)金流量和資金的時間價值概念等。

圖4航空經(jīng)濟學(xué)具體研究內(nèi)容
Fig. 4Specific research areas of aero-economics

表1影響商用飛機價值的主要因素

Table 1Aircraft value retention factors

PerformancedrivenfactorMarketdrivenfactorAircraftspecificationOrderbookAirframetechnologyMarketpenetrationEnginetechnologyProductlift-cycleSystemSurplus/shortageAircrafteconomics2ndmarketprospectsAircraftfamily/technologyFinancingenvironment

通過航空經(jīng)濟學(xué)的研究，有利于實現(xiàn)發(fā)展更加靈活的項目組織模式，性價比更高的技術(shù)研發(fā)模式，更優(yōu)化的型號設(shè)計方案3大目標，并提供一種有效的評價模式。其中項目研發(fā)模式，供應(yīng)鏈模式，以及技術(shù)水平對項目成本及競爭性的影響在本地化和全球化并存趨勢下的影響；低成本運營模式對方案設(shè)計的影響；公共資金對不同飛機項目研制影響及時間成本和價值實現(xiàn)問題都是目前制造商取得市場成功的關(guān)鍵問題(項目延期對成本的影響估算)。

3經(jīng)濟性指標體系及估算方法

確立明確和有效的經(jīng)濟性指標是開展經(jīng)濟性分析和設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)，不同的飛機型號，評估方的差異，以及評估的目的差異都影響評估指標的選擇，并對評估的最終效果產(chǎn)生影響。本節(jié)基于現(xiàn)有的多種經(jīng)濟性指標，主要從飛機方案和飛機項目兩個角度闡述飛機的經(jīng)濟性指標，并分別涵蓋軍機、民機產(chǎn)品和項目在評估指標選擇上的異同，Curran等對不同的經(jīng)濟性估算方法進行了綜述[8]，并與系統(tǒng)工程方法相結(jié)合，發(fā)展了飛機結(jié)構(gòu)制造成本的參數(shù)關(guān)系式[9]。

3.1型號經(jīng)濟性指標及估算方法

對飛機經(jīng)濟性指標的評價可以使用全壽命經(jīng)濟性或使用經(jīng)濟性，前者主要用于軍機項目，后者一般用于民機項目。軍機項目的成本一般根據(jù)固定價格-收益激勵以及風險共擔的方式確定，是國防合同管理的重要內(nèi)容。而對于主要由市場定價的民機型號，航空公司關(guān)心的直接使用成本中既反映了飛機研制的成本因素，又包含了飛機的使用成本因素。而制造商期望改善飛機使用成本的同時降低飛機的研制成本。一般來說，兩者之間存在著此消彼長的關(guān)系，飛機使用成本的降低需要新技術(shù)研發(fā)的持續(xù)投入，會推高飛機的研制成本，結(jié)合市場因素達到兩者之間的平衡是飛機項目優(yōu)化決策中面臨的主要矛盾。

軍機項目采用全壽命成本的概念和方法進行經(jīng)濟性的分析和評估，目前最常用的方法是美國RAND公司發(fā)展的針對不同機型的系列方法[10-11]，但在實際應(yīng)用中需要參考實際經(jīng)濟環(huán)境考慮具體參數(shù)的確定，這一方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于其他類國防項目，也可用于新材料對飛機成本影響的分析[11]。全壽命成本可以劃分為4個主要的成本項。

1) 研發(fā)成本(非重復(fù)成本)。非重復(fù)成本包括以下各階段發(fā)生的成本：概念設(shè)計、初步設(shè)計和詳細設(shè)計；機體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的實驗和驗證；適航驗證和試飛；新工藝的開發(fā)；工裝的設(shè)計和制造等。

2) 制造和采購成本(重復(fù)成本)。重復(fù)成本包括以下各階段發(fā)生的成本：原材料、發(fā)動機和設(shè)備成品的采購；機體制造；飛機總裝；產(chǎn)品質(zhì)量控制和批生產(chǎn)試飛等。

3) 運營成本。運營成本包括運營期間的所有權(quán)成本(利息、折舊費和保險)、現(xiàn)金運營成本(燃油費、空勤費、維修費、起降費、導(dǎo)航費、機場收費等)和間接成本。

4) 處置成本。處置成本是指飛機進入處置階段發(fā)生的成本。飛機可能轉(zhuǎn)售或租賃給其他用戶經(jīng)營，或改裝成貨機，或被封存/解體。

商用飛機的運營經(jīng)濟性是其核心競爭性指標，基于航空公司財務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果受到航空公司財務(wù)報告制度的影響。飛機的運營經(jīng)濟性的衡量指標包括直接運營成本和間接運營成本，其中前者又分為現(xiàn)金運營成本和與資本有關(guān)的成本，運營經(jīng)濟性的不同成本構(gòu)成之間的典型對比方法如表2所示。

航空公司的運營成本一般使用可用座公里的直接使用成本來描述(DOCper ASK,CASK)，與航段距離有關(guān)；其收益的單位為每座公里的收益(Revenue per ASK ,RASK)，與季節(jié)、航段距離有關(guān)。競爭機型的運營經(jīng)濟性對比通常需要針對相同的參考任務(wù)航段進行，并結(jié)合航空公司的運營模式開展針對性分析。隨著低成本航空運營模式的不斷擴展，需要系統(tǒng)化的研究低成本模式的含義及其對飛機設(shè)計的影響。

商用飛機的各項成本和飛機的設(shè)計方案、技術(shù)水平以及運營環(huán)境有關(guān)，針對150座級單通道飛機的典型數(shù)據(jù)和影響因素的基本規(guī)律如表2所示。針對渦輪螺槳支線飛機、噴氣支線，單通道和雙通道飛機的運營成本的分解也各有差異。有關(guān)運營經(jīng)濟性的詳細分析可以參考一系列的研究文獻[12]。

經(jīng)濟性指標的分析方法需要根據(jù)宏觀經(jīng)濟環(huán)境以及實際運營環(huán)境的發(fā)展不斷得到更新，并及時反映航空公司運營模式、技術(shù)發(fā)展帶來的影響。例如，可以針對低成本運營、多機型系列化模式，以及特定技術(shù)方向等專題發(fā)展特定模型及應(yīng)用。

飛機制造商和運營商使用的經(jīng)濟性分析方法各有不同，常用的一些方法如表3所示[13]，在飛機設(shè)計方案對比分析和優(yōu)化過程中，應(yīng)該采用類似的方法。

表2商用飛機航段運營成本主要構(gòu)成

Table 2Elements of trip operational cost of commercial transport aircraft

CostelementValueFactorandrelationPilotcost13%Blockhours,linearCabincrewcost2%Fuelcost18%Stagelengthandaircraftweight,linearOwnershipcost33%Maintenancecost13%AirframeandengineAirportfees16%AircraftweightandsizeATCcharges1%AircraftweightInsurance4%PurchasepriceTripcost100%Stagelength,seatcapacity

表3常用的運營經(jīng)濟性分析方法[13]

Table 3Commonly used methods for operational economic analysis[13]

OwnerMethodDescriptionManufactures(confidential)AI(C)Airbus(commercial)AI(P)Airbus(project)OPCOSTBoeingRRRollsRoyceAirline(confidential)Dependentoncharacteristicsofair-lineoperationsTradegroup(publicdomain)ATAAEAAmericanTransportAssociationAossociationofEuropeanAirlines

3.2項目經(jīng)濟性指標及估算方法

飛機項目經(jīng)濟性是影響制造商盈利的關(guān)鍵指標，也是成本控制的主要落腳點，但通常又和提升飛機的性能和競爭力所需的研發(fā)努力之間存在相反的關(guān)系。此外，飛機研制的特點使得飛機項目的成本控制存在挑戰(zhàn)，參考圖1給出的飛機項目的成本和現(xiàn)金流曲線，飛機項目的經(jīng)濟性指標應(yīng)該基于飛機全壽命成本框架建立，主要包括飛機的研制成本，單機成本與價格，飛機項目的現(xiàn)金流，以及盈虧平衡點等。

在上述飛機項目經(jīng)濟性指標中，研制成本、單機成本可以同時用于國防類和商業(yè)類飛機項目的經(jīng)濟性分析，可以采用4.1節(jié)中全壽命成本框架內(nèi)的分析方法完成，單機價格、盈虧平衡點以及現(xiàn)金流分析則適用于商用飛機的經(jīng)濟性分析，和市場環(huán)境密切相關(guān)，其中，商用飛機的市場價格受到機型技術(shù)、市場環(huán)境、地緣政治、制造商戰(zhàn)略以及飛機殘值等因素影響，相對目錄價格存在20%～60%的折扣，平均折扣在45%左右，對制造商的現(xiàn)金流和盈虧平衡具有深遠的影響。在直接使用成本、資本成本項的估算以及經(jīng)濟性對比分析、飛機價格一般使用目錄價格。

飛機項目的經(jīng)濟性評估還需考慮航空產(chǎn)業(yè)對科技實力提升、產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及國家競爭力的戰(zhàn)略影響，包括對宏觀經(jīng)濟指標的貢獻程度，以及在國際航空產(chǎn)業(yè)中的競爭力評估等指標[14]。這些因素的考慮構(gòu)成了項目的戰(zhàn)略和風險成本分析，在項目初期的重要性尤為重要。

3.3經(jīng)濟性數(shù)據(jù)體系

飛機經(jīng)濟性研究需要高可信的數(shù)據(jù)，既包括來源于工程部門的技術(shù)數(shù)據(jù)，也需要使用方的運營使用和維護數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)的匯報形式不同，主要的分析方法包括計量經(jīng)濟學(xué)方法，基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法，以及基于工程原理的方法等。

建立經(jīng)濟性數(shù)據(jù)體系，需要長期的和廣泛的原始數(shù)據(jù)積累。一些主要的數(shù)據(jù)源包括：有關(guān)美國航空運輸業(yè)的US DOT Form 41[15]以及一些衍生產(chǎn)品，例如航升(Ascend)與OAG的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品[16-17]。此外，也有一些在行業(yè)組織[18-19]、學(xué)術(shù)和公眾領(lǐng)域的數(shù)據(jù)源[20-21]。與國際水平相比，我國在有關(guān)航空經(jīng)濟性數(shù)據(jù)的完整性和可達性方面還存在一定的差距，規(guī)范包括制造商和運營商在內(nèi)的行業(yè)數(shù)據(jù)報告制度是提高航空經(jīng)濟學(xué)研究水平的重要基礎(chǔ)。

在大量工程與運營數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過長期積累和持續(xù)的分析，建立經(jīng)濟性數(shù)據(jù)體系及相關(guān)的數(shù)據(jù)分析方法，是經(jīng)濟性分析工作的重要支撐。也是發(fā)展經(jīng)濟性分析方法的重要依據(jù)。

4經(jīng)濟性設(shè)計和價值驅(qū)動的飛機設(shè)計

飛機設(shè)計過程是一個不斷迭代、逐漸逼近的過程，在對未來市場以及國防需求分析的基礎(chǔ)上，商用飛機技術(shù)指標和軍機的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求是設(shè)計迭代的出發(fā)點，結(jié)合技術(shù)水平的發(fā)展，確定和不斷細化飛機的設(shè)計方案。在這一迭代過程中，將單一經(jīng)濟性指標作為設(shè)計迭代的優(yōu)化指標，構(gòu)成飛機的經(jīng)濟性設(shè)計。但是，在飛機全壽命周期中，以及目前產(chǎn)業(yè)鏈國際化分工的背景下，不同利益方對經(jīng)濟性指標的定位存在差異，因此需要將經(jīng)濟性設(shè)計推向更加全面的價值驅(qū)動的設(shè)計理論和方法。

隨著價值主體的變化，價值的衡量指標以及驅(qū)動因子不同。飛機制造商的價值實現(xiàn)的核心在于能夠在滿足用戶價值實現(xiàn)需求的條件下，實現(xiàn)自身價值的最大化。因此，分析相關(guān)利益方的價值指標、驅(qū)動因子以及和飛機設(shè)計及研制過程中相關(guān)決策的關(guān)系至關(guān)重要。本節(jié)在介紹經(jīng)濟性設(shè)計的基礎(chǔ)上，討論價值驅(qū)動設(shè)計的內(nèi)涵和外延，與飛機設(shè)計的關(guān)系，過程管理和價值實現(xiàn)的方法。

飛機項目的價值最終體現(xiàn)是在能夠滿足使用方(國防部/航空公司)和最終用戶(軍方/乘客)的需求的同時，為制造商帶來收益(固定收益或市場收益)，同時滿足適航當局等監(jiān)管方的約束條件。

在設(shè)計階段對不同價值主體的考慮不但需要增加新的分析模型，還需要考慮其對飛機設(shè)計流程的影響，在多學(xué)科技術(shù)的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)工程和價值工程方法同更加完善的模型與數(shù)據(jù)有機結(jié)合，形成更加有效的設(shè)計和組織管理流程，更好地滿足個壽命周期內(nèi)不同價值主體的需求。

4.1飛機設(shè)計與經(jīng)濟性

在飛機經(jīng)濟性分析中，軍機和民機經(jīng)濟指標的分析流程分別如圖 5和圖 6所示，其中給出了在經(jīng)濟性指標分析中，不同輸入?yún)?shù)的來源和模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，經(jīng)濟性指標的計算方法可以參考第3節(jié)。可以進一步將經(jīng)濟性分析的方法和模塊融入飛機設(shè)計流程，如圖 7所示，并在常用的飛機設(shè)計軟件中實現(xiàn)面向飛機經(jīng)濟性的綜合設(shè)計，采用這一流程方法和設(shè)計工具，可以完成一系列的經(jīng)濟性分析和設(shè)計工作，概括起來，可以包括：

1) 飛機概念優(yōu)選和參數(shù)優(yōu)化，如針對特定航線結(jié)構(gòu)的最小成本優(yōu)化；基于經(jīng)濟性的公務(wù)機設(shè)計[22]，NASA飛行測試平臺的概念設(shè)計[23]，以及空中出租車(Air Taxi)設(shè)計方案優(yōu)化方法[24]等。

2) 飛機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如考慮飛機和費用的綜合優(yōu)化[25]，結(jié)構(gòu)制造成本的更精確估算方法[26]等。

3) 飛機系統(tǒng)選擇，飛機系統(tǒng)選擇及其對成本的影響可以采用全壽命成本的方法[27]，也可以采用使用成本為研究飛機系統(tǒng)參數(shù)和特征設(shè)計的方法[28]。

4) 發(fā)動機選擇的成本分析，如發(fā)動機設(shè)計對飛機全壽命使用成本的影響[29]，發(fā)動機部件成本的估算方法[30]，基于系統(tǒng)工程方法的發(fā)動機全壽命成本分析[31]。

圖5商用飛機經(jīng)濟性設(shè)計流程
Fig. 5Design flowchart for economy of commercial aircraft

圖6全壽命成本經(jīng)濟性分析流程
Fig. 6Design flowchart for life cycle cost (LCC) based economic analysis

5) 先進技術(shù)的經(jīng)濟性評估，如新技術(shù)應(yīng)用對商用飛機運營成本和全壽命成本的經(jīng)濟性影響評估[32-33]，以及對飛機發(fā)動機采購成本的影響等[34]。

目前開展的較多的飛機經(jīng)濟性研究及應(yīng)用一般聚焦于單一經(jīng)濟性指標和相對較少的設(shè)計參數(shù)及學(xué)科方向，面向多指標和全系統(tǒng)的綜合性經(jīng)濟性方法研究及更加深入和廣泛的應(yīng)用，是未來經(jīng)濟性需要重點關(guān)注的內(nèi)容之一，特別是需要考慮更高環(huán)保性要求對未來技術(shù)發(fā)展和型號研制的潛在影響。

圖7飛機經(jīng)濟性優(yōu)化設(shè)計
Fig. 7Aircraft design optimization for economics

4.2價值主體和價值定義

單一的經(jīng)濟性指標，甚至基于多項經(jīng)濟性指標綜合的技術(shù)經(jīng)濟分析逐漸難以滿足對飛機型號和項目開展市場和技術(shù)經(jīng)濟分析的需求，也無法滿足設(shè)計決策方法對數(shù)據(jù)和評估準則的需求，面臨著更加多變的市場環(huán)境和國防需求中，以及長達40年的項目全壽命周期，做出最優(yōu)的決策需要考慮價值主體演化過程中對價值實現(xiàn)的不同需求，特別是戰(zhàn)略性決策的價值分析顯得尤為重要，從而實現(xiàn)如圖3所示的主要利益相關(guān)方之間的平衡，提高項目成功的概率。這也是實現(xiàn)面向價值(Value-Driven Design, VDD)的航空設(shè)計的核心理念之一[35]，價值驅(qū)動的設(shè)計是經(jīng)濟性設(shè)計的延伸，可以更好地綜合飛機項目不同價值主體的利益，VDD所采用的框架如圖 8所示。

飛機型號對不同價值主體的典型價值指標不同，可以借鑒全壽命周期的成本框架結(jié)構(gòu)，使用不同的經(jīng)濟性指標來反映。

1) 制造商。飛機型號及項目的價值主要體現(xiàn)在技術(shù)特征、單機成本、項目成本和現(xiàn)金流3個方面。

2) 運營商。飛機的價值主要體現(xiàn)在運營成本(包括飛機的購買價格或租金，維護成本等)、凈現(xiàn)值、以及盈利能力方面，進而影響運營商的市場競爭力。

3) 部件或系統(tǒng)供應(yīng)商。結(jié)構(gòu)成本、系統(tǒng)性能特征、單系統(tǒng)成本以及市場價格。

4) 發(fā)動機提供商。發(fā)動機性能競爭力、價格和使用維護成本。

5) MRO供應(yīng)商(維護，修理與大修)。維護維修方法、人力資源成本、維修規(guī)劃和事件規(guī)劃以及質(zhì)量管理方法。

不同價值主體在價值指標定義上的差異對飛機總體參數(shù)、性能指標、布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及系統(tǒng)方案等有不同的要求，在整體價值體系的定位和權(quán)重不同，并可能隨著市場環(huán)境而變化。

4.3價值工程飛機設(shè)計方法-框架、工具和環(huán)境

商用飛機取得市場價值的關(guān)鍵在于滿足市場需求的同時降低成本，而創(chuàng)新設(shè)計帶來額外的附加價值，卻意味著更多的研發(fā)投入，增加的成本會侵蝕部分的創(chuàng)新附加價值，卻相對容易通過超成本定價取得補償。對成本的分析以及潛在收益的估算是做出新技術(shù)融入決策的重要依據(jù)。

從一定程度上來說，價值驅(qū)動的飛機設(shè)計和傳統(tǒng)的性能驅(qū)動的飛機設(shè)計的不同點在于設(shè)計目標的轉(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)飛機性能分析和約束分析的基礎(chǔ)上增加了不同的經(jīng)濟性分析模塊，并與飛機的設(shè)計參數(shù)關(guān)聯(lián)，可以對包括經(jīng)濟性指標在內(nèi)的綜合指標進行優(yōu)化權(quán)衡，而價值工程方法是經(jīng)濟性設(shè)計的進一步延伸，價值工程方法的實現(xiàn)需要研究的內(nèi)容包括理論體系[36]，設(shè)計方法和流程，以及工具和環(huán)境[37]，價值驅(qū)動的設(shè)計過程和方法如圖8所示。

在飛行器設(shè)計中VDD方法和多學(xué)科優(yōu)化方法(Multidisciplinary Design Optimization, MDO)的緊密結(jié)合是其應(yīng)用于型號設(shè)計的必要條件之一。多學(xué)科方法為不同學(xué)科之間實現(xiàn)參數(shù)級和數(shù)值仿真模型級的緊耦合提供了前提，而價值驅(qū)動的設(shè)計流程則提供了綜合性的設(shè)計指標體系和設(shè)計方法及流程，將對各種指標的要求通過嚴謹?shù)姆治龇椒ê土鞒蹋行鲗?dǎo)至飛機的設(shè)計參數(shù)級，為設(shè)計工程師的設(shè)計決策，特別是早期的設(shè)計決策提供了更好的依據(jù)。采用VDD方法的飛機設(shè)計方法及應(yīng)用包括無人機的研制[38]、商用飛機設(shè)計[39]、公務(wù)機[40]以及航空公司運營[41]和新技術(shù)的價值評估[42]。

圖8價值驅(qū)動的飛機設(shè)計過程和方法
Fig. 8Value-driven aircraft design process and methods

4.4應(yīng)用實例

基于經(jīng)濟性指標的飛機方案、部件、或系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化方法不僅僅是工程設(shè)計部門關(guān)注的領(lǐng)域，也是航空院系設(shè)計類專業(yè)方向研究的重點內(nèi)容之一。國際上，美國MIT，英國Cranfield和Southampton等大學(xué)分別和工業(yè)界合作開展了一系列的面向經(jīng)濟性的方案、部件和系統(tǒng)的經(jīng)濟性研究，國內(nèi)南京航空航天大學(xué)余雄慶等開展了復(fù)合材料經(jīng)濟性影響分析[43]，上海交通大學(xué)航空航天學(xué)院分別開展了民用飛機經(jīng)濟性分析方法研究[44]、面向環(huán)保性和經(jīng)濟性的民機方案優(yōu)化[45]、新技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟性評估[46]，以及制造和維修成本方法的研究等[47]。

4.4.1概念設(shè)計流程的實現(xiàn)

基于飛機概念設(shè)計的基本方法和流程，建立飛機參數(shù)和性能特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系和程序?qū)崿F(xiàn)，是開展飛機概念迭代優(yōu)化的基礎(chǔ)，現(xiàn)有一系列的飛機概念程序(例如VSP[48]、ADS[49]、RDS[50]、AAA[51]等)可以完成飛機概念設(shè)計中的參數(shù)分析和性能計算等，這些軟件工具各有特點，但是在實現(xiàn)整個設(shè)計流程的集成，特別是與其他軟件集成時面臨一些挑戰(zhàn)[52]。本文提出一個層次化的、以數(shù)據(jù)和方法為中心的集成框架，既能夠滿足設(shè)計流程實現(xiàn)所需的集成需求，又具有進一步發(fā)展方法的靈活性?？梢暬δ軇t利用MATLAB來實現(xiàn)。這一框架如圖 9所示。在這一框架內(nèi)，通過集成不同的分析方法模塊和優(yōu)化分析及決策模塊，可以實現(xiàn)多目標和多約束的飛機概念設(shè)計的參數(shù)優(yōu)化。

圖9飛機概念設(shè)計方法集成框架
Fig. 9Integration framework for conceptual aircraft design

4.4.2面向環(huán)保性和經(jīng)濟性的優(yōu)化設(shè)計

用這一集成環(huán)境和商用飛機的直接使用成本(Direct Operating Cost,DOC)及全壽命周期成本(Life Cycle Cost,LCC)分析方法、基于Fink[53]和Guo[54]的噪聲分析方法，以及典型發(fā)動機排放計算方法，可以實現(xiàn)面向商用飛機經(jīng)濟性和環(huán)保性的飛機概念優(yōu)化[45]，以典型的單通道商用飛機為例，其主要設(shè)計參數(shù)、DOC、排放及噪聲指標之間的主要關(guān)系如圖 10所示。

采用遺傳算法等優(yōu)化方法，可以得到設(shè)計參數(shù)針對經(jīng)濟性和環(huán)保指標的優(yōu)化結(jié)果，如圖 11和圖 12所示，圖中分別給出了經(jīng)濟性和環(huán)保性指標之間的變化趨勢關(guān)系。這一研究從飛機方案設(shè)計的層次分析主要設(shè)計參數(shù)對飛機環(huán)保性和經(jīng)濟性的定量分析結(jié)果。例如發(fā)動機涵道比(Bypass Ratio,BPR)的不斷提高是未來飛機燃油效率提升的重要參數(shù)之一。

圖10主要設(shè)計參數(shù)與經(jīng)濟性和環(huán)保性指標之間的關(guān)系[45]
Fig. 10Correlations of major design parameters with economic and environmental characteristics[45]

圖11直接使用成本(DOC)和噪聲指標之間的關(guān)系
Fig. 11Relationships between direct operating cost
(DOC) and noise

圖12DOC和排放指標之間的變化趨勢
Fig. 12Trend of variations between DOC and emission

4.4.3新技術(shù)的經(jīng)濟性評估

在未來機型的發(fā)展中，對環(huán)保性的指標要求不斷提高，是驅(qū)動新技術(shù)發(fā)展的主要因素之一，而新技術(shù)對飛機設(shè)計帶來的影響需要考慮包括經(jīng)濟性指標在內(nèi)的綜合指標影響。

在一系列降低噪聲和發(fā)動機排放的技術(shù)手段中，發(fā)動機技術(shù)的持續(xù)改進是其中之一，例如更大涵道比渦扇、槳扇等主要的發(fā)動機選項可以提供更低的油耗，卻需要投入更高的研發(fā)成本，進而提高了飛機的單機價格，必然反映在DOC指標的提高上。

此外，現(xiàn)有機型也需要通過技術(shù)更新保持其市場競爭力。利用飛機設(shè)計參數(shù)和飛機環(huán)保指標的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過考慮潛在新技術(shù)對參數(shù)的影響靈敏度，可以分析新技術(shù)的影響，服務(wù)于技術(shù)研發(fā)的中長期決策。例如，發(fā)動機的油耗參數(shù)SFC (Specific Fuel Consumption)對飛機全機DOC/COC(Cash Operating Cost)的影響可以通過上述方法得到，其典型變化趨勢如圖 13所示。

圖13SFC變化對全機DOC/COC的影響分析
Fig. 13Effect of SFC variations on aircraft DOC/COC

5提高飛機經(jīng)濟性的技術(shù)因素分析

對于商用飛機來說，從直接使用成本的角度出發(fā)，通過分析各種不同成本項的構(gòu)成以及主要影響因素，可以從飛機總體設(shè)計的角度，針對提高民機經(jīng)濟性的主要手段，綜合技術(shù)發(fā)展水平和市場需求，做出相應(yīng)的技術(shù)決策，達到改善飛機市場競爭力的目的。其中一些主要的影響因素包括：

1) 結(jié)構(gòu)重量

①結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

②新材料的使用

③結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

④更先進的系統(tǒng)設(shè)計與布置

2) 發(fā)動機技術(shù)

①燃油效率

②推進效率，例如通過使用槳扇構(gòu)型等

3) 空氣動力設(shè)計技術(shù)

①減阻措施，包括層流控制以及減少誘導(dǎo)阻力的技術(shù)

②變彎度設(shè)計

③流動控制技術(shù)

④新型氣動布局設(shè)計

4) 先進增升裝置概念

①輕質(zhì)結(jié)構(gòu)與簡化機構(gòu)設(shè)計

②新型增升裝置

5) 航電與飛控系統(tǒng)

①降低靜穩(wěn)定度下的飛行控制率設(shè)計

②主被動載荷控制

6) 維修技術(shù)

①結(jié)構(gòu)/系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測

②基于狀態(tài)的維修技術(shù)

6結(jié)論

本文結(jié)合飛機總體設(shè)計，綜述了航空經(jīng)濟學(xué)研究的主要范疇和具體研究內(nèi)容，包括不同的經(jīng)濟性指標、估算方法，并融合飛機的綜合指標體系和設(shè)計過程的主要特點，詳述了將不同經(jīng)濟性指標和飛機設(shè)計過程有機結(jié)合的方法和案例，并進一步闡述了在飛機全壽命周期框架下考慮價值驅(qū)動的飛機設(shè)計方法、二者之間的異同，以及其在飛機設(shè)計參數(shù)優(yōu)化以及新技術(shù)評估中的典型應(yīng)用和面臨的挑戰(zhàn)，為進一步開展相關(guān)研究提供參考框架和基礎(chǔ)。

致謝

感謝2011屆碩士研究生莫慶華、吳慧欣，2012屆和2014屆碩士研究生趙曼和趙楠在研究生學(xué)習(xí)和科研過程中對相關(guān)內(nèi)容所作的貢獻。相關(guān)項目得到中國商用飛機有限責任公司的持續(xù)資助。

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宋文濱男， 博士， 副研究員。主要研究方向： 飛行器設(shè)計， 計算空氣動力學(xué)， 計算聲學(xué)和航空計算智能。

Tel: 021-34207065

E-mail: swb@sjtu.edu.cn

Received： 2015-10-02; Revised: 2015-10-19; Accepted: 2015-10-29; Published online: 2015-11-0215:00

URL： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151102.1500.010.html

Foundation items： National Large Civil Aircraft Project Research (11GFH-ZD0510, 10GFZ-ZZX-017)

Aero-economics and value-driven aircraft design methodology and applications

SONG Wenbin*

School of Aeronautics and Astronautics, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai210020, China

Abstract:Global competition is one of important features for commercial aircraft industry and increasing demands on less environmental impacts, improved safety and comfort levels and economy are the main drivers for new technology development and industrial chain globalization. Economics has become one of the increasingly important factors in the development of aerospace technology and products, and also one of the challenging issues for the aerospace industry in China. In the decision making process for new technology research and development and its applications in product development, economic consideration has always been one of the critical factors. The paper first describes the scope of the aviation economics, theories and methods used in typical analysis of aircraft economic indicators including direct operating cost for commercial aircraft and life cycle cost for defense projects.The paper also discusses the effects of different economic indicators on the conceptual aircraft design, structural design and choice of system supplier. Example applications areprovided in the paper in areas of aircraft conceptual design with both economic and environmental implications as well as the assessment on how future new technologies will affect the various cost values of the design. It is hoped that this review will promote the development of techno-economics, and some of these methods can be used in the comprehensive evaluation of optimal designs with economic indicators including time related cost. It can also be expected that the development of aero-economics should be able to promote the development of Chinese aerospace supply chain in an increasingly globalized industry.

Key words:aircraft design; techno-economics; aero-economics; value engineering; value-driven design

*Corresponding author. Tel.： 021-34207065E-mail: swb@sjtu.edu.cn

作者簡介：

中圖分類號：V221

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6893(2016)01-0081-15

DOI：10.7527/S1000-6893.2015.0293

*通訊作者.Tel.： 021-34207065E-mail: swb@sjtu.edu.cn

基金項目：大型客機專項研究(11GFH-ZD0510, 10GFZ-ZZX-017)

收稿日期：2015-10-02; 退修日期: 2015-10-19; 錄用日期: 2015-10-29; 網(wǎng)絡(luò)出版時間: 2015-11-0215:00

網(wǎng)絡(luò)出版地址： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151102.1500.010.html

引用格式： 宋文濱. 航空經(jīng)濟學(xué)及面向價值的飛機設(shè)計理論與實踐[J]. 航空學(xué)報, 2016, 37(1): 81-95. SONG W B. Aero-economics and value-driven aircraft design methodology and applications[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(1): 81-95.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn