作者 | 孙羽
编辑 | 叶林旗
航空工业和大飞机产业传来喜讯，近期，民用航空局将为我国商用飞机有限责任公司生产的C919客机颁发适航证；之后，首架客机将在年底前交付给东方航空正式投入运营。
大型民用客机是重要的高端制造领域、高附加值产业，也是我国续高铁、地铁、LNG船等高端船舶之后，所攀登的又一制造业高峰。今后若干年内民用客机市场空间较为广阔，据预测2020年至2040年全球新客机交付量将超过4.1万架，市值6.16万亿美元；其中我国9084架，市值1.39万亿美元。
目前全球大型民用客机制造商主要是欧洲的空客和美国的波音，该领域行业壁垒相对较高，除技术和产业链外，另一重要环节就是适航证的获取（类似于“营业执照”）。目前世界上主要有三大适航证，即美国FAA适航证、欧盟EASA适航证和我国的CAAC适航证，其中前两者目前在国际上更为通用。故而首先获取国内的CAAC适航证是第一步，也是良好的开端。
▲运20大型运输机
运20等运输机主要看性能，民用则更侧重经济性。西安中航西飞的运20在设计、技术和制造等层面，解决了我国大飞机“有和无”的问题，主要实现性能要求；而上海中国商飞的C919则重点要在产业链层面解决大飞机经济效益“高和低”的问题，开拓国内国际航空市场。
由上图可见，受益于运20的基础，C919产业链上相关企业/产品国内基本都有，主要在于产业链整合、提升经济性和市场竞争力。
目前，我国民用客机主要包括ARJ21、C919和CR929三大系列。
ARJ21载客量在90人级别、定位区域的支线客机； C919载客量在190人级别、定位单通道主力干线客机，对标空客A320和波音737系列； CR929（与俄罗斯合研）载客量440人级别、定位双通道远程干线客机，主要飞行国际航班，对标空客A350和波音787系列。
无论是从需求、适用性还是运营数量来看，C1919座位级别的客机是主要的机型，占到实际数量的70%左右，也是国产大型民用客机研制的重点。
根据中国商飞预测，假如按未来20年我国GDP平均增速4.3%计，则国内的旅客周转量年均增速约为5.7%、机队年均增速5.2%，那么到2040年，我国客机机队规模将达到9957架、全球占比提升至22%。
50座级以上涡扇支线客机953架占比11%（ARJ21 系列）； 120座级以上单通道喷气客机（即C919系列）6295架占比69%； 250座级以上双通道喷气客机（即CR929系列）1836架占比20%。
以2020年目录价格为基础，未来20年，我国新机交付市场总价值约1.4万亿美元，折合9.3万亿人民币（汇率按长期6.675测算）。
如前所述，大型民用客机更侧重的是经济效益，所以它的“低国产化率”是常态。
出于“独立自主”的考虑，大家往往对“国产化率”这一概念较为热衷。最初，C919的国产化率在10%左右，目前已提升至60%左右，这一指标看似不高，其实相对空客、波音已是较高的水平。作为一个复杂、市场化的民用系统工程项目，国产化率并非越高越好。适度采用进口部件的优点在于：
所以，尽管C919的国产化率看似“不高”，其实是为了提高经济效益和市场竞争力的国际通用做法。和空客、波音一样，我国立足自主技术研发，采用“主制造商+供应商”模式生产，国内厂商中国商飞、中航通飞是整机集成商，西飞、沈飞、成飞、洪都及国外的罗罗发动机、奥科宁克铝业等则是为其提供配套产品。
从各主要环节来看
设计研发：通过前期运20等系列飞机的研制，我国对于飞机的设计研发水平整体已经处于世界前列，普遍采用了数字化设计，航电雷达系统已部分达到或超过美国水平，即将建成的JF22高超音速风洞（35倍音速）处于领先水平。
先进制造：主要是在材料领域还相对落后，特种钢和钛合金水平尚可，铝锂合金、碳纤维复合材料等还需要依赖进口、提升加工水平；零部件及机体工艺水平已得到较大提高，3D打印技术已广泛应用（弯道超车）；总装集成水平也已相对较高，和美国一样，我国也已经实现了脉动生产线的应用。
运营维修：商用飞机的运营维修体系和模式，之前较为空白，后续需要重点摸索总结。
说到底，类似于耐克运动鞋和苹果手机，尽管不实现100%国产化，但商飞公司也掌握着项目主导权。除了发动机制造和铝锂合金、碳纤维等尚存在短板，在设计研发、关键零部件制造、整机组装等中前端的高利润环节已基本不存在困难，主要是进一步优化、提高经济性；后续重点在于开拓国际国内市场、建立完善品质的售后服务。
除了“国产化率”，提高大飞机经济性的重点是减重问题。在保证性能的前提下，发动机要提高推重比，飞机机身要减轻重量。减重主要是在材料方面发力，其总体趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低成本。减重的经济价值可以量化，根据中国商飞增材制造技术应用研究中心的马立敏《大型民用飞机增材制造技术的应用实践与思考》的报告，如果以ARJ21估算，每减重结构重量1公斤，可以带来20万人民币经济效益的提升。
减重是个简单的物理问题，在满足性能的基础上，尽量采用低密度的铝合金甚至铝锂合金、碳纤维为主的复合材料、钛合金等；难点在于低密度、轻质化的材料与性能两者的平衡，即如何让合金材料、复合材料满足强度、模量、耐高温和成本等要求性能；同时，合金材料、复合材料的工艺水平也是一大难点。
01 出于获取适航证的考虑，C919 的原型机铝合金均使用进口材料；但从第二架飞机开始，国产铝材的用量逐渐增加，到今年国产化率有望达到 100%，该材料方面不存在太大问题。制造C919 的国产铝材，主要由中国铝业集团有限公司提供，同时西南铝业、南山铝业部分产品也纳入C919 飞机合格产品目录。 锂是密度最小的金属，采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻14%～30%，使每架飞机年飞行费用下降2.2%以上。我国在铝锂合金基础研究与工业生产及应用方面，与美、俄仍存在一定差距，当前仅有西南铝业能够生产少量铝锂合金，年产量不足100吨，还不能满足国产大飞机的需求。 目前，国外有完整铝锂合金生产体系的国家主要是美国、俄罗斯、英国、法国和意大利，铝锂合金的生产能力总计约20万吨/年。美国产能占全球的 50%左右，其中奥科宁克铝业是全球最大的铝锂合金生产企业，产能约5.5万吨/年，主要客户包括波音、空客、洛克希德马丁、湾流宇航、中国商飞等众多飞机制造商。俄罗斯铝锂合金的研发、生产和应用始于前苏联，是仅次于美国的世界第二大研发、生产与应用大国，产能占全球的 25%左右。C919选用奥科宁克铝业生产的第三代铝锂合金，机身蒙皮、长桁、地板梁、滑轨、边界梁、地板支撑结构等部件都有所使用，占全机结构重量的8.8%。 钛比钢密度小 40%而强度相当，同时钛的耐热性、耐蚀性、抗弹性和成形加工性良好，故而在钛金属价格明显下降后广泛应用于航空及深潜器制造行业。飞机越先进、钛用量越多，根据《航空用钛合金研究进展》，美国某先进飞机用钛含量为41%，其发动机用钛含量为39%。同时，钛与碳纤维复合材料的电极电位相近，钛合金又成为复合材料主要的连接材料。 C919钛合金用量为9.3%，使用水平明显超过了空客A320的4.5%和波音737的4%，国内的宝钛集团、宝钢股份和西部超导都已有材料在C919上使用，同时借助3D激光打印技术，我国的钛合金加工工艺也已较为成熟。 是一种高强度、高韧性合金钢，主要用于制造承受高应力的重要构件，是工业领域的重要材料，可应用于特种船舶甲板、火箭发动机外壳和飞机起落架等领域。C919 大飞机项目材料/标准件合格产品目录中主要包括9种钢材牌号，宝钢特钢和抚顺特钢为主供应商。其中起落架主体材料“超高强度”300兆帕钢占到全机总重量的4.5%左右，占全机特殊合金钢总重量的65% 左右。（性能上，美俄达到1100兆帕水平，我国已达到2200兆帕水平。） 一般指由两种或两种以上异质、异型、异性材料复合而成的具有特殊功能和结构的新型材料；其中主要的是碳纤维材料，飞机结构材料又以环氧树脂基碳纤维（CFRP）为主；在轻质化的同时，与普通铝合金相比具有更好的耐腐蚀性、抗疲劳性、高温稳定性、成型性和经济性等。除了飞机蒙皮等；大飞机的主承力结构件采用复合材料制造已成趋势，可以使结构设计成本和制造成本明显降低（零件和紧固件较少，波音787由此减少1500块铝合金板和4-5万个连接件），使飞机减重20-40%、并明显降低维修成本；同时复合材料在飞机发动机上的应用也日渐增多；也可增压、降噪，提高客机乘坐舒适度。 C919 的复合材料用量约为11.5%，主要是碳纤维，目前国内已初步建立了“设计–制造–装配–维修”的一体化概念和相配套的技术体系，对于大飞机所需的T800 型材料已完成小规模试制、正在进行装机验证，但在产品质量和稳定性方面与国外仍有差距。同时，C919的发展也对自动化工艺技术提出了要求，目前国内诸如预浸料自动铺带机、自动铺丝机等先进设备尚以进口为主，同时热隔膜成型设备、超声波裁断机、大型水切割设备、大型C 扫描等也得到产业应用。但总体而言，我国自动化制造工艺在航空业的应用还不足5%，与发达国家还有较大差距。
除了材料，在制造方面，由于C919大客机机体庞大，涉及几百万个零部件，故而除了具体零件制造的工艺水平，其装配工程也在大飞机的整体制造中占有重要位置。
零件制造 飞机零件制造是实现航空材料向关键子系统和整机制造转变的重要环节，具有产品门类繁多、工艺路线复杂、产品精密度高等特点。飞机薄壁零件结构刚性差，在预成形后或机械加工后，从夹具上卸下来时会在残余应力的作用下发生变形，因此需要对毛坯材料进行特殊处理，比如板料一般会进行预拉伸处理。 ▲3D打印机 总体而言，零件制造一是对部件材料有要求；二是进行相应的物理化学处理、防止前述的变形等问题；三是架构制造，高精度的架构制造以往是我国制造业的弱项，但随着近年来制造业数字化的兴起，我国借助3D打印等技术部分实现了弯道超车，并明显提高了生产效率。 大飞机的装备涉及几百万个零部件，是个系统性的管理工程。飞机制造过程中，装配环节花费的工时最长，据统计装配工作量占整个飞机制造总劳动量的50%左右，装配成本占总全机成本的40%以上，装配工作周期也占全机生产周期的50-75%。 ▲数字化装配工艺仿真技术场景 飞机的装配大致包括部装和总装，即先根据结构部位或功能部装成子系统，然后各子系统完成总装。装配技术是飞机生产的一大核心，C919 装配技术着眼于未来批生产的模式，以实现飞机自动化装配生产线为目标，先后开展了数字化工艺设计与仿真技术、自动化装配技术以及自动化定位技术等攻关工作，解决了C919 生产中所涉及的装配质量稳定、装配效率提升等问题。 对于装配工程，一是在技术层面提升自动化水平；二是在必须人工操作的环节，借助仿真技术虚拟场景，大大降低装配难度；三是采用脉动生产线等新模式，在路径上提高效能。
介绍完产业具体情况后我们可以发现，大飞机产业和新能源车有较多的类似之处，不同于芯片，它不涉及过于高精尖的技术，重点在于低成本的市场竞争力，这也正是国产大飞机潜在的产业和市场优势所在。
借助工业产能、产业链和国内市场，相比空客、波音取得价格成本优势；再形成反身效应，借助价格成本优势进一步占领更多的市场。故而，C919大飞机如在前期航空工业积累的基础上，能实现产业层面的落地发展，则有可能和新能源车产业一样，成为制造业升级和经济高质量发展的抓手。
C919飞机的研制，不只是研制一架飞机、研制一个型号那么简单，而是标志着中国航空产业和大飞机事业的起飞。虽然目前C919尚未做到完全国产，但市场普遍认为，其将与高铁一样，从机体、集成系统、机载系统到发动机，逐步实现国产化替代，届时，中国将真正摘下这颗“工业皇冠上的明珠”。
Frank Sun 孙羽，益祥资本投资研究员。 研究生学历、投资学方向硕士学位，经济师。十余年来，曾就职于商业银行和国有银行省分行，从事风控和金融分析工作；后就职于私募基金公司从事交易系统开发和投资交易。负责管理的风控工作业绩做到全国系统内最佳；撰写的调研文章获全国金融系统三等奖。
资料参考：
1.华西证券《国产大飞机系列报告之一：大飞机机体结构和制造流程解析》，《国产大飞机系列报告之二：大飞机应用材料解析》；
2.浙商证券《国产大飞机：大国重器，自主可控打开千亿市场》；
3.中航证券《国产大飞机系列报告之一：大飞机机体结构和制造流程解析》；
4.中国商飞官网。
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