(上海飛機設(shè)計研究院 上海 201210)
目前全球大型客機市場由波音和空客兩家公司壟斷,通常又細分為窄體客機、寬體客機和超大型客機。窄體客機以B737和A320為代表,客座數(shù)覆蓋100座到200座,航程一般不超過8 000公里;超大型客機以A380和B747為代表,客座數(shù)超過450座,航程均已超過14 000公里;寬體客機座級航程的區(qū)間跨度較大,客座數(shù)在250到450之間,航程從10 000公里到16 000公里,最新型號以B787和A350XWB為代表,現(xiàn)役主流產(chǎn)品以A330和B777為代表,標(biāo)準(zhǔn)型設(shè)計航程約10 000—12 000公里,遠程型設(shè)計航程約14 000—16 000公里;此外,還有以B767為代表的“準(zhǔn)寬體”,介乎于窄體客機和寬體客機之間,目前已處于產(chǎn)品周期的末期,尚未有明確的替代機型。
然而,根據(jù)全球權(quán)威的航空數(shù)據(jù)信息管理公司OAG發(fā)布的研究報告,全球95%以上的航線距離小于10 000公里,而中國寬體客機70%的航線數(shù)量和79%的航班頻率其距離都小于6 000公里。此外,當(dāng)前亞太民航市場尤其是中國市場的快速發(fā)展,令該區(qū)域現(xiàn)有的機場趨于飽和,民航業(yè)未來發(fā)展受到空域緊張、機場擁堵、飛行員短缺等因素的影響越發(fā)嚴重,致使該區(qū)域的航空公司更多地使用寬體客機運營6 000公里以下航線,以更少的航班運送更多旅客。
根據(jù)中國商飛市場研究中心的市場調(diào)查報告顯示:有89%的客戶選擇將運營經(jīng)濟性作為首要考慮因素;購買價格/租賃利率因素排在第二位,有39%的用戶選擇;選擇技術(shù)設(shè)計因素、維護/機隊整合和機型選擇/靈活性因素各占17%,并列第三;其他和制造商品牌與可靠性約占16%。針對運營經(jīng)濟性的影響,調(diào)查中將運營成本作為唯一的變量,調(diào)查客戶如果用新型國產(chǎn)客機作為偏好機型的替代機型,對國產(chǎn)客機的直接運營成本的需求,調(diào)查結(jié)果顯示:與客戶選定的偏好機型相比,競爭機型如果只降低少于8%的直接運營成本,其競爭力微弱;如果降低15%以上,50%的客戶將考慮用競爭機型來替代偏好機型。
民航客機的競爭性分析一般用直接運營成本 (Direct Operating Cost)作為綜合性指標(biāo),其次為現(xiàn)金運營成本(Cash Operating Cost)和燃油成本。在根據(jù)這三項指標(biāo)進行競爭機對比時,既要對比單趟成本,更要對比座公里成本,即將單趟成本平攤到每座每公里,以此來衡量座位數(shù)和飛行距離對運營成本的影響。直接運營成本(DOC)主要由三部分組成:飛機的獲取成本(采購或租賃),燃油成本,以及維修維護和收費等,以某型寬體客機的直接運營成本分解為例,獲取成本占1/4左右,燃油成本和維修維護和收費兩者大體相當(dāng),均接近直接運營成本的40%。維修維護和收費又可細分為機組人員工資,導(dǎo)航費,機場起降費,行李裝卸費,維修維護費等。其中維護費和導(dǎo)航費占比最大,各自大約占1/3;機組人員工資約占1/5—1/4之間。見下圖。
直接運營成本的分解圖
座級和航程直接反映民機產(chǎn)品的市場定位,同等座級的飛機,較短的設(shè)計航程可一定程度上降低飛機的重量和運營成本,提高飛機的經(jīng)濟性和競爭力;而較遠的航程可以有更好的航線適應(yīng)性和運營靈活性,減少機隊的機型種類和維護成本;因此航空公司面臨機型選擇時應(yīng)綜合考慮各方面因素,在飛機的經(jīng)濟性、適應(yīng)性、可靠性、以及其他方面做出權(quán)衡。座級、航程一般根據(jù)市場調(diào)研獲取的市場需求進行確定,存在一定的需求范圍,如2020—2030年世界寬體客機座級需求集中在250—350座。B787-9相比B787-8座公里成本降低約 6%,A350-900相比 A350-800降低 7.5%,A330-300相比A330-200降低15%,這是座位數(shù)影響單座成本的直接體現(xiàn)。綜上所述,飛機客座數(shù)既體現(xiàn)民機的市場定位,又顯著影響民機的運營經(jīng)濟性,因此在研發(fā)階段需要對飛機客座數(shù)進行綜合的權(quán)衡與分析。
燃油消耗是飛機運營經(jīng)濟性的主要體現(xiàn),也是飛機技術(shù)水平的直接反映。在相同定位和滿足同等安全性前提下,技術(shù)水平越高,則燃油效率越高。同樣地,當(dāng)飛機的起飛重量和商載一定的情況下,飛機的燃油效率越高,則飛機的航程越遠。根據(jù)飛機的布雷蓋航程公式,影響飛機燃油經(jīng)濟性的因素分為三個方面:以巡航效率因子為代表的氣動設(shè)計水平;以飛機起飛重量為代表的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平;以發(fā)動機耗油率為代表的動力技術(shù)水平。
飛機的特征重量主要包括最大起飛重量、最大著陸重量、最大零油重量、使用空機重量等,其中影響運營成本經(jīng)濟性的主要是最大起飛重量和最大零油重量和使用空機重量。最大起飛重量決定飛機的發(fā)動機推力需求,最大零油重量決定飛機的最大商載能力,使用空重被稱為無效載荷,當(dāng)最大起飛重量一定時,使用空重增加,商載能力則降低。
飛行速度主要由設(shè)計航程和氣動布局形式?jīng)Q定,首先是選取巡航馬赫。巡航馬赫數(shù)主要由設(shè)計航程的大小和氣動力設(shè)計水平?jīng)Q定?,F(xiàn)代民用飛機多采用常規(guī)氣動布局,單通道客機的主要機型有已經(jīng)大量服役的B737、A320系列,以及正在處于研發(fā)階段的中國商飛C919和俄羅斯聯(lián)合飛機公司MC-21,其巡航馬赫數(shù)在0.78—0.80之間。雙通道寬體客機主要機型有較為成熟的A330和B777系列,以及剛剛服役的新一代寬體客機B787和A350,其巡航馬赫數(shù)在0.82—0.85。單通道客機的設(shè)計航程在2 000—4 000海里的區(qū)間,而寬體客機的設(shè)計航程在6 000—8 000海里的區(qū)間。根據(jù)飛機的設(shè)計航程,可相應(yīng)選擇飛機的巡航速度。
升阻比主要由展弦比和浸潤面積,可用浸潤展弦比進行表述?,F(xiàn)代民機多采用常規(guī)氣動布局,細長流線型機身,大展弦比后掠翼,具有較好的操縱性和穩(wěn)定性,然而其氣動升阻比繼續(xù)提高的空間十分有限,需要研究新型非常規(guī)氣動布局來提高全機升阻比。
民航市場進入噴氣式時代之后,技術(shù)進步對成本的影響不再是飛機速度的提高,而是燃油效率的提高。技術(shù)水平的特征重量、飛行升阻比和發(fā)動機耗油率的變化都對油耗有明顯的影響,對比某型窄體客機和某型寬體客機的影響曲線,寬體客機的油耗對技術(shù)水平更加敏感。如增重、增阻或耗油率增加相同的比例,寬體客機油耗的變化量更大。
相同飛機制造商在同一時期發(fā)展的不同定位的產(chǎn)品,忽略了不同制造商技術(shù)領(lǐng)先水平所導(dǎo)致的重量差異。不同飛機制造商的設(shè)計制造成本也有差異,而市場后入者往往通過產(chǎn)品補貼壓低產(chǎn)品售價,訂單的大小也會對價格有一定影響,這些都導(dǎo)致了真實飛機定價是一個較為復(fù)雜的綜合性指標(biāo),售價的不同進而顯著影響飛機的經(jīng)濟性。
由于飛機的部分運營成本是相對固定的,不隨飛行次數(shù)而變化,例如機體每一年的折舊費用、保險費用、機組人員的工資等。這些成本在每一年的大小基本固定,此時年飛行次數(shù)越多,平攤到單趟飛行中的運營成本就越低。據(jù)調(diào)查,單趟飛行DOC隨年飛行次數(shù)顯著降低,年飛行次數(shù)600次比1 800次單趟DOC增加約85%。如果一款新投放市場客機的可靠性較差,年飛行次數(shù)顯著低于設(shè)計正常狀態(tài),維護維修的頻率和成本卻明顯增加,這些因素會顯著影響飛機的運營成本,尤其需要飛機制造商在研發(fā)時期盡可能保證和提高飛機的可靠性。
直接運營成本作為表征民機運營經(jīng)濟性的綜合性指標(biāo),主要受市場定位、技術(shù)水平、飛機定價和運營水平等四方面的影響。其中,代表市場定位影響的為座級和航程,代表技術(shù)水平影響的為飛機重量、飛行速度和升阻比、以及發(fā)動機的耗油率等;飛機售價受定價策略的影響,而代表運營水平的指標(biāo)主要是年飛行次數(shù)和簽派率。綜上分析可知,飛機的座級越大,航程越遠,運營成本受技術(shù)水平的影響越高。鑒于當(dāng)前我國民機技術(shù)水平的發(fā)展現(xiàn)狀,在瞄準(zhǔn)未來市場的新一代飛機研制中,合理增加座級,適當(dāng)縮短航程,降低飛機售價,提高運營水平,這些具體措施可以在同一技術(shù)水平條件下顯著改善飛機的座公里運營經(jīng)濟性,提高飛機的市場競爭力。