趙長(zhǎng)輝 王 猛 宋 凱 張繼斌 晨 曦
(中航沈飛民機(jī)有限責(zé)任公司工程研發(fā)事業(yè)部,沈陽(yáng) 110169)
單通道窄體客機(jī)是目前使用最為廣泛、數(shù)量最多、市場(chǎng)需求量最大的一類民用客機(jī)[1-3]。截至2018 年底全世界民用噴氣客機(jī)(含100 座級(jí))總數(shù)約24 000 架,單通道窄體客機(jī)約占70%[4-5],在航空運(yùn)輸業(yè)中發(fā)揮著不可替代的重要作用。
窄體客機(jī)是飛機(jī)制造行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品,可以說(shuō)是發(fā)展最活躍、更新速度最快的一類客機(jī)。窄體客機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)持續(xù)發(fā)展更新,包括老機(jī)型升級(jí)和新機(jī)型開(kāi)發(fā),更新周期約15 年-20 年。窄體客機(jī)技術(shù)高度綜合、難度大、門檻高,產(chǎn)品研發(fā)需要綜合運(yùn)用各種先進(jìn)技術(shù)。一些民用客機(jī)新技術(shù)最先在窄體客機(jī)上應(yīng)用,如電傳操縱、大型復(fù)合材料主承力部件(平尾等)、鋁鋰合金材料、超高涵道比齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)等。
窄體客機(jī)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有重大經(jīng)濟(jì)和技術(shù)意義。研發(fā)窄體客機(jī)能夠有效帶動(dòng)航空技術(shù)及相關(guān)技術(shù)發(fā)展。本文梳理總結(jié)了窄體客機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展和市場(chǎng)。
窄體客機(jī)是相對(duì)寬泛的概念,沒(méi)有國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格意義上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。窄體客機(jī)與上端的寬體客機(jī)界限比較清晰,但是與下端的(大型)支線客機(jī)之間界限相對(duì)模糊,可以認(rèn)為處于交叉地帶上的飛機(jī)產(chǎn)品類別有一定雙重性。
單通道窄體客機(jī)與雙通道寬體客機(jī)對(duì)應(yīng),基本特點(diǎn):客艙只有一條中央過(guò)道(寬體客機(jī)為兩條),單排6 座或5 座布局,少數(shù)飛機(jī)為單排4 座(經(jīng)濟(jì)艙);窄機(jī)身設(shè)計(jì)(相對(duì)于寬體飛機(jī)的寬機(jī)身),最大寬度約4.0 m左右;座位數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)客艙布局)約100 座~200 座,少數(shù)機(jī)型達(dá)到200 座~250 座;(滿客)航程約4 500 km~7 000 km[6-18]。典型機(jī)型為波音737 系列和空中客車A320 系列等。
上述為當(dāng)前窄體客機(jī)的粗略標(biāo)準(zhǔn)特征參數(shù),是建立在典型窄體客機(jī)產(chǎn)品特性參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)之上。對(duì)于特定機(jī)型,特別是一些新機(jī)型,某些參數(shù)可能與之不一致。隨著航空技術(shù)的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展,窄體客機(jī)產(chǎn)品的商載航程等性能和舒適性持續(xù)提升,特征參數(shù)不斷發(fā)展變化。
客機(jī)的技術(shù)性能參數(shù)和特性隨市場(chǎng)需求變化,與民航運(yùn)輸業(yè)整體發(fā)展水平和規(guī)模、航線網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行模式密切相關(guān)。20 世紀(jì)50 到60 年代以來(lái)世界航空運(yùn)輸業(yè)持續(xù)增長(zhǎng),噴氣客機(jī)需求量持續(xù)增大,其中窄體客機(jī)的需求量最大。為了適應(yīng)客流量和出行距離持續(xù)增大的情況,單通道窄體客機(jī)的座位數(shù)/裝載能力和航程不斷增大,呈現(xiàn)大型化的趨勢(shì)。
因此,在不同時(shí)代、不同技術(shù)水平和民航業(yè)發(fā)展水平條件下,單通道窄體客機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)是不同的,整體上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍持續(xù)增大。
單通道窄體客機(jī)可以按照載客量/座位數(shù)和航程分為小型、大型和超大型三類。大型窄體客機(jī)為傳統(tǒng)主流機(jī)型,特點(diǎn)是:客艙單排6 座布局,約130 座~180 座(兩級(jí)布局),滿客航程約3 000 nm~4 000 nm(5 500 km~7 400 km)。典型代表是波音737 和A320 系列的中小座級(jí)型,包括A319neo/A320neo,737-7/-8/-9。加上MC-21-300/-200、C919等新研制的機(jī)型。
超大型窄體飛機(jī)的特點(diǎn)是:標(biāo)準(zhǔn)兩艙布局座位數(shù)約180 座~250 座(主流機(jī)型座位數(shù)約180 座~200 座),滿客航程約3 500 nm~4 000 nm(6 500 km~7 400 km)左右,最大起飛重量約90 t~100 t以上。典型機(jī)型為757-200/-300(2004 年停產(chǎn))、A321neo/LR/XLR和737-10。歷史上此類飛機(jī)中最大的機(jī)型是240 座的757-300(市場(chǎng)反應(yīng)較差,產(chǎn)銷量小,可視為非主流產(chǎn)品)。
小型窄體客機(jī)是最近10 多年發(fā)展起來(lái)的新類型,用于填補(bǔ)大型窄體客機(jī)與噴氣支線客機(jī)之間的市場(chǎng)間隙,典型飛機(jī)為空客A220(原龐巴迪C系列)和巴航工業(yè)E195-E2。小型窄體干線客機(jī)的特點(diǎn)是:客艙為單排5 座或4 座布局,座位數(shù)約100 座~130座(兩艙布局),(滿客)航程約4 500 km~6 000 km左右。載客量-客艙尺寸和航程略小于傳統(tǒng)的大型窄體客機(jī)。巴航工業(yè)E-Jet系列飛機(jī)的初始定位是大型噴氣支線客機(jī),因?yàn)镋-195 座位數(shù)和航程超出支線客機(jī)傳統(tǒng)的100 座和約2 000 km的標(biāo)準(zhǔn),可以看作是超大型噴氣支線客機(jī)或者超級(jí)支線客機(jī)。二代升級(jí)型E195-E2 飛機(jī)航程進(jìn)一步增大,座位數(shù)增大,因此算作小型窄體客機(jī)。
單通道窄體客機(jī)分類如圖1 所示。
圖1 單通道窄體客機(jī)的分類
需要指出的是小型窄體客機(jī)的概念主要是由空客公司針對(duì)A220 飛機(jī)提出來(lái)的,還沒(méi)有被業(yè)界廣泛采用。另外,大型和小型窄體客機(jī)、(超)大型噴氣支線客機(jī)的相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)和方法不是特別嚴(yán)格,類型概念相對(duì)寬泛,界限相對(duì)模糊。具體機(jī)型分屬于哪一類有一定主觀性。
從干線客機(jī)大的分類上看,分為小型(S)、中型(M)、大型(L)和超大型(XL),相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如圖2 所示(空客公司)。小型客機(jī)包含幾乎窄體客機(jī)的全部,中型客機(jī)包含超大型窄體客機(jī)的遠(yuǎn)程型。
圖2 干線客機(jī)的分類[5]
道格拉斯/麥道DC-9/MD-80/MD-90、波音737、空客A320、波音757 是窄體客機(jī)的主要機(jī)型,基本上能夠完整反映窄體客機(jī)的整體發(fā)展情況。
道格拉斯DC-9 系列飛機(jī)于20 世紀(jì)60 年代初期研制,1965 年底取證和開(kāi)始交付。第二代MD-80系列和第三代MD-90 系列飛機(jī)分別于20 世紀(jì)70年代末期和20 世紀(jì)80 年代末期開(kāi)始研制。20 世紀(jì)90 年代末由于市場(chǎng)狀況不佳加上麥道公司被波音公司收購(gòu),MD-90 飛機(jī)停產(chǎn),DC-9 系列飛機(jī)終止發(fā)展。
波音737 發(fā)展50 多年經(jīng)久不衰(當(dāng)前Max系列遭遇停飛問(wèn)題)。第一代波音737 飛機(jī)于1964 年開(kāi)始研制,1967 年底取證和開(kāi)始交付客戶。在第一代基礎(chǔ)上又改型發(fā)展了三代,包括20 世紀(jì)80 年代的經(jīng)典(Classic)系列(-300/-400/-500),20 世紀(jì)90年代后期的NG系列(-600/-700/-800/-900)和2010年的Max系列(-7/-8/-9/-10)。由于737-9 運(yùn)力偏小無(wú)法有效滿足市場(chǎng)需求,波音公司為有效對(duì)抗A321 系列飛機(jī)研發(fā)了737-10 飛機(jī)。
波音757 于20 世紀(jì)70 年代后期開(kāi)始研制,1982 年底取證和開(kāi)始交付,2004 年停產(chǎn)。發(fā)展定位是具有高燃油經(jīng)濟(jì)性的中型中程客機(jī),包括200 座的757-200 和240 座的757-300,航程約3 000 nm~4 000 nm(5 556 km~7 408 km)(最大可選重量)。
空客A320 系列(A320/A321/A319/A318)于20 世紀(jì)80 年代初正式開(kāi)始研制,1988 年初取證和開(kāi)始交付。A320 采用了電傳操縱等先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)計(jì),高舒適性大截面尺寸客艙,樹(shù)立了窄體客機(jī)的新標(biāo)準(zhǔn),因此后來(lái)居上。2010 年底發(fā)起研制換發(fā)型 neo 系 列(A320neo/A321neo/A319neo),A320neo飛機(jī)2016 年取證和交付。
從歷史上看,20 世紀(jì)60 到70 年代歐洲的三款窄體客機(jī):英國(guó)飛機(jī)公司的BAC-111、霍克·西德利的“三叉戟”,法國(guó)達(dá)索公司的“水星”,在市場(chǎng)銷售方面都不成功。
前蘇聯(lián)/俄羅斯發(fā)展了一系列窄體客機(jī)產(chǎn)品,包括圖154、雅克42 和圖204 等。從整體上看,這些飛機(jī)性能相對(duì)落后,安全性差,產(chǎn)銷量相對(duì)較小,市場(chǎng)覆蓋面較小,因此不具有代表性。
21 世紀(jì)初,窄體客機(jī)市場(chǎng)形成波音737 和空客A320 兩大系列飛機(jī)壟斷的局面。一些公司(國(guó)家)針對(duì)特定市場(chǎng)需求,開(kāi)始研制發(fā)展新的窄體客機(jī),包括龐巴迪C系列、俄羅斯MC-21、中國(guó)C919 等型號(hào)。這些飛機(jī)采用最新設(shè)計(jì)和先進(jìn)技術(shù)及系統(tǒng),包括先進(jìn)氣動(dòng)力設(shè)計(jì)、全復(fù)合材料機(jī)翼、新型齒輪傳動(dòng)高效率發(fā)動(dòng)機(jī)、大尺寸客艙等。相較于波音737 和A320,技術(shù)上有一定的發(fā)展突破,性能有所提升。
為了應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng),波音和空客除了持續(xù)改進(jìn)原有產(chǎn)品外,一直在計(jì)劃發(fā)展新一代飛機(jī)。據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道,波音公司一直在推進(jìn)新單通道(NSA)飛機(jī)和新中型飛機(jī)(NMA)項(xiàng)目,分別作為波音737 和757的下一代替代型飛機(jī),研究工作持續(xù)很多年。NSA和NMA預(yù)期采用基于787 飛機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)和一些全新技術(shù)及先進(jìn)系統(tǒng)[19]。
窄體客機(jī)產(chǎn)品研制發(fā)展生命周期長(zhǎng),經(jīng)典機(jī)型波音737 和空客A320,截至2020 年的生命期分別接近60 年和40 年,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他客機(jī)。
窄體客機(jī)發(fā)展上采用持續(xù)改進(jìn)和系列化的方式。持續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)解決方案:加長(zhǎng)機(jī)身,增大重量、商載、載油量等;改進(jìn)氣動(dòng)力設(shè)計(jì),主要是機(jī)翼,增大機(jī)翼面積,改進(jìn)后緣和前緣高升力系統(tǒng),增加翼梢小翼,尾翼適應(yīng)性更改;改進(jìn)機(jī)體結(jié)構(gòu),采用新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝,提高結(jié)構(gòu)效率、可靠性和耐久性,起落架增強(qiáng)及加長(zhǎng)(按需);換裝先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī),改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和吊掛;更新機(jī)載設(shè)備和系統(tǒng);座艙內(nèi)飾系統(tǒng)升級(jí)等。
系列化發(fā)展方面,一種機(jī)型的一代產(chǎn)品中一般包含2 個(gè)~3 個(gè)機(jī)型,機(jī)型間座位數(shù)相差大約20 座~30 座左右。系列機(jī)型面向不同的細(xì)分市場(chǎng),覆蓋較為廣泛的市場(chǎng)范圍,充分滿足用戶的需求。系列機(jī)型的主要差別是機(jī)身長(zhǎng)度不同、應(yīng)急出口數(shù)量和布局不同,機(jī)翼基本相同。機(jī)體結(jié)構(gòu)、機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備有較高的通用性(約90%左右)。系列飛機(jī)的操穩(wěn)特性/飛行品質(zhì)基本相同,飛行員駕駛資格相同。
根據(jù)全世界第二代—第四代窄體客機(jī)產(chǎn)品的任務(wù)航程(滿客航程)和座位數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)客艙布局)繪制了發(fā)展圖譜,如圖3 所示。從圖譜可以看出窄體客機(jī)產(chǎn)品發(fā)展整體上呈現(xiàn)座位數(shù)和航程持續(xù)增大的趨勢(shì)。新一代產(chǎn)品的座位數(shù)和航程相對(duì)于上一代產(chǎn)品有較大幅度的提升。而100 座~130 座的市場(chǎng)空檔由新的小型窄體客機(jī)填補(bǔ)。
圖3 單通道窄體客機(jī)產(chǎn)品發(fā)展圖譜
從客機(jī)市場(chǎng)需求端——航空運(yùn)輸業(yè)的整體需求看,由于世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和人民生活水平持續(xù)提升,對(duì)航空運(yùn)輸?shù)男枨蟛粩嘣龃?,世界航空運(yùn)輸業(yè)從二戰(zhàn)之后一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng),20 世紀(jì)以來(lái)呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),航空運(yùn)輸業(yè)在全球交通運(yùn)輸體系中的作用持續(xù)上升。半個(gè)世紀(jì)以來(lái),美國(guó)以及西方發(fā)達(dá)國(guó)家的航空運(yùn)輸業(yè)在世界上占主導(dǎo)地位。最近二三十年來(lái),中國(guó)、印度等新興國(guó)家民航運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展,在全世界航空運(yùn)輸業(yè)中的地位大幅度上升,作用明顯增強(qiáng)。
窄體客機(jī)是針對(duì)特定的航空運(yùn)輸市場(chǎng)需求而發(fā)展的。面向的航空市場(chǎng)主要是大國(guó)的國(guó)內(nèi)中遠(yuǎn)距離航線和中小國(guó)家密集區(qū)域的國(guó)際航線,也能兼顧近距離航線。最初主要是美國(guó)國(guó)內(nèi)航線以及歐洲國(guó)家間的航線,后來(lái)擴(kuò)展到世界其他國(guó)家和地區(qū)的國(guó)內(nèi)國(guó)際航線。在整個(gè)航空運(yùn)輸市場(chǎng)中,上述這些市場(chǎng)規(guī)模最大,對(duì)飛機(jī)的需求最大,以其為支撐,窄體客機(jī)成為數(shù)量最大的一類的客機(jī)。
窄體客機(jī)的用戶主要是干線航空公司和新興的低成本航空公司(LCC)。據(jù)統(tǒng)計(jì),一些干線航空公司機(jī)隊(duì)中,窄體客機(jī)占比約70%~80%,有的公司甚至達(dá)到85%以上。很多低成本航空公司的機(jī)隊(duì)全部采用窄體客機(jī),并且較大部分為單一系列飛機(jī)。很多支線航空公司也配備一些窄體客機(jī)。
從市場(chǎng)供給方面看,道格拉斯DC-9/MD-80/MD-90、波音737、空客A320、波音757 幾款機(jī)型是1960 年代以來(lái)世界窄體客機(jī)市場(chǎng)的主導(dǎo)機(jī)型,其他一些非主導(dǎo)機(jī)型產(chǎn)銷量小、份額低。因此,這四款主導(dǎo)機(jī)型的生產(chǎn)交付情況,基本上能夠反映世界窄體客機(jī)市場(chǎng)的整體情況。
窄體客機(jī)市場(chǎng)主導(dǎo)機(jī)型隨年代而變化,不同年代,市場(chǎng)主導(dǎo)機(jī)型有所不同。
20 世紀(jì)60 年代中到20 世紀(jì)80 年代末,市場(chǎng)上的主導(dǎo)機(jī)型是波音737 系列和DC-9/MD-80 系列,后者的產(chǎn)銷量約為前者的70%。第一代和第二代737 系列飛機(jī)總產(chǎn)量3 132 架。DC-9 系列和MD-80 系列飛機(jī)總產(chǎn)量分別為976 架和約1 200 架。
20 世紀(jì)80 年代后期20 世紀(jì)90 年代中后期,A320 系列飛機(jī)開(kāi)始交付并快速發(fā)展,與波音737 和MD-90 形成短暫的三足鼎立的局面,但是MD-90 飛機(jī)并不成功,1995-2000 年間的總交付量只有114架。20 世紀(jì)90 年代后期開(kāi)始,波音737 和A320 主導(dǎo)窄體客機(jī)市場(chǎng)。
波音757 從20 世紀(jì)80 年代到20 世紀(jì)90 年代中后期是超大型窄體客機(jī)的主導(dǎo)機(jī)型,在其之后A321 逐步成為主導(dǎo)機(jī)型。
1967-2018 年,波音737 和A320 系列飛機(jī)年交付量數(shù)據(jù)如圖4 所示。1978-2005 年波音757 的訂貨交付情況如圖5 所示。
由于沒(méi)有DC-9/MD-80 系列飛機(jī)的年交付量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),因此1960 年到20 世紀(jì)80 年代窄體客機(jī)交付量數(shù)據(jù)近似取波音737 交付量數(shù)據(jù)的1.7 倍。
1997-2018 年,737NG系列飛機(jī)總交付量6 854架(另有148 架公務(wù)型)。737max系列飛機(jī)總訂貨/交付量為5 012 架/376 架。
1988-2018 年,A320 系列共訂貨14 281 架,交付8 323 架,現(xiàn)役7 954 架,訂貨儲(chǔ)備5 958 架。(2019 年初數(shù)據(jù))
1983-2005 年期間,757 系列飛機(jī)總交付量1 049 架,其中994 架757-200,757-300(1999 年開(kāi)始交付)只有55 架。
新研制機(jī)型方面,截至2020 年4 月,A220 飛機(jī)訂貨642 架,共交付量113 架。E195/190-E2 飛機(jī)訂貨約300 架,共交付約80 多架。C919 和MC-21飛機(jī)訂貨分別為800 多架和近200 架。
圖4 波音737 和A320 系列飛機(jī)交付量統(tǒng)計(jì)(1967-2018)[1]
圖5 波音757 系列飛機(jī)訂貨和交付統(tǒng)計(jì)(1978-2005)[1]
綜合統(tǒng)計(jì),截至2019 年底,全世界窄體客機(jī)訂貨量約13 000 架,包括波音737max、A320neo、A220、E195-E2、C919 和MC-21 等機(jī)型。2018 年窄體客機(jī)交付量約1 300 架。
從機(jī)型的訂貨數(shù)據(jù)看,最近20 年,需求量最大的是150 座~160 座的大型窄體客機(jī),即波音737-800 和A320 及其后繼型波音737-8 和A320neo。
180 座以上的超大型窄體機(jī)市場(chǎng)需求量呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),需求量與150 座~160 座的大型窄體機(jī)比較接近。截至2020 年2 月底,A321neo(含A321LR、A321XLR等型號(hào))訂貨量達(dá)到3 375 架,A320neo的數(shù)據(jù)為3 936 架,兩款機(jī)型訂貨基本持平。老一代A321 和A320 飛機(jī)的訂貨數(shù)據(jù)分別為1 791 架和4 770 架。訂貨數(shù)據(jù)充分反映出窄體客機(jī)市場(chǎng)的最新變化:大載客、大航程、高使用靈活性的新一代超大型窄體客機(jī)充分滿足當(dāng)前區(qū)域直飛細(xì)長(zhǎng)航線需求,與大型窄體客機(jī)平分市場(chǎng)。
小型窄體客機(jī)市場(chǎng)潛力較大。以A220 為代表的新機(jī)型性能高、經(jīng)濟(jì)性好,是老一代100 座級(jí)飛機(jī)的理想替代機(jī)型,有一定市場(chǎng)潛力。
從前面的市場(chǎng)數(shù)據(jù)看,最近10 多年窄體客機(jī)產(chǎn)銷情況非常好,這主要得益于全球航空運(yùn)輸市場(chǎng)繁榮、需求旺盛。在這種情況下,飛機(jī)廠商的未來(lái)市場(chǎng)預(yù)測(cè)都比較樂(lè)觀。但是2020 年初爆發(fā)的新冠肺炎疫情導(dǎo)致全球經(jīng)濟(jì)衰退,航空運(yùn)輸業(yè)遭受巨大打擊,窄體客機(jī)市場(chǎng)全面萎縮。比較悲觀的估計(jì)是世界航空市場(chǎng)可能5 年-10 年后才能完全復(fù)蘇,屆時(shí)窄體客機(jī)才有可能實(shí)現(xiàn)較高的年產(chǎn)銷量。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,危機(jī)過(guò)后的一個(gè)時(shí)期內(nèi)窄體客機(jī)市場(chǎng)將會(huì)持續(xù)向好。
單通道窄體客機(jī)是市場(chǎng)保有量和需求量最大、使用最廣泛的客機(jī)類型,在民航運(yùn)輸業(yè)發(fā)揮著不可替代的作用。新冠肺炎疫情造成窄體客機(jī)市場(chǎng)大幅度萎縮,C919 項(xiàng)目預(yù)計(jì)將面臨一定危機(jī)和挑戰(zhàn),需要采取有效措施應(yīng)對(duì),盡快完成取證。針對(duì)市場(chǎng)對(duì)于超大型窄體客機(jī)需求強(qiáng)勁的新情況,建議后續(xù)優(yōu)先發(fā)展C919 加長(zhǎng)型飛機(jī)。