世界前沿技术发展报告2023《世界航空技术发展报告》(三)民用飞机技术


资料来自:《世界前沿技术发展报告2023》和网络

2022年,世界民用飞机技术全面发展。在干线飞机方面,中国C919、空客A321XLR和NASA下一代民机技术研究引人关注;在支线飞机方面,绿色环保新能源支线飞机技术成为民用航空发展重点方向;在通用飞机方面,新型公务机技术发展较显著。

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1.干线飞机

干线客机航程远、载客量大,是民航运输的主力机型,也是民机市场竞争的焦点。2022年,中国C919客机获得中国民航局颁发的型号合格证,并向航空公司交付首架;欧洲和美国在干线飞机研制和技术研发方面取得重要进展。

1.1 中国C919客机获得型号合格证并交付使用

2022年9月,中国自行研制、具有自主知识产权的C919大型客机完成全部适航审定工作,正式获得中国民航局颁发的型号合格证,并于2022年12月9日向中国东方航空公司交付首架飞机,预计最早在2023年春进行商业运营。C919试飞取证工作始于2017年5月,此后5年间,6架C919分别在陕西阎良、江西南昌、山东东营、内蒙古锡林浩特、新疆吐鲁番、甘肃敦煌等地全面开展失速、动力、性能、飞控、结冰等科目试飞。C919通过了高温、高湿、高寒、大风和结冰天气等各种极端自然环境的验证,该机的安全性、可靠性、环保性等得到了全面考核。C919是中国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,重点满足国内外大运量和中运量市场需求,座级158~168座,航程4075~5555千米,直接竞争对手为空客A320Neo和波音B737Max。C919大型客机研制成功,标志着中国具备了自主研制世界一流大型客机的能力,是中国大飞机事业发展的重要里程碑。

1.2 空客公司A321XLR超远程型窄体客机完成首飞

2022年6月,空客公司首架A321XLR超远程窄体客机完成首飞。首飞过程中,机组人员在高速和低速条件下测试了飞控、发动机和包括飞行包线保护在内的主要功能。A321XLR是A321Neo的升级型别,于2019年1月推出,其最大续航里程可达约8700千米,比A321LR远程型多15%,每座位的燃油消耗比竞争飞机低30%。截至2022年5月,A321XLR的客户已达20家以上,累计订单超过500架。A321XLR是空客迄今开发的最大单通道飞机,目标市场是介于窄体和宽体客机之间的中间市场。目前,该细分市场主要被老机型波音757-200、767-300(约占5成)和空客A330-200(约占4成)占据,更新换代需求较大。

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1.3 NASA持续开展下一代民机技术研究

为实现航空业2050年净零碳排放的目标,NASA与工业界、学术界等合作,于2021年5月启动可持续飞行国家伙伴关系(Sustainable Flight National Partnership)计划,对桁架支撑机翼、小核心机涡扇发动机和先进电力系统等开展评估工作,为下一代单通道民用飞机的研制和开发提供技术支撑。2022年3月,NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)表示,正在对该计划中的跨声速桁架支撑翼(Transonic Truss-BracedWing, TTBW)飞机模型进行风洞试验,目标是通过采集模型上的传感器数据,预测TTBW飞机在飞行中的状态。TTBW飞机长且薄的机翼由机身两侧的支撑结构提供稳定支撑,TTBW飞机比传统客机更轻,在空中的阻力更小,油耗较传统机翼飞机降低8%~10%。NASA表示将开发一款X系列技术验证机来评估TTBW等先进技术。该验证机预计在2026年年底前首飞。

1.4 欧洲开展“超高性能机翼”演示验证项目

2022年6月,空客公司与英国国家复合材料中心(NCC)联合开展超高性能机翼(eXtra Performance Wing)演示验证机项目,完成演示验证机设计,并推进制造工作。该项目旨在改进机翼气动布局、提高飞行性能并减少对环境的影响,正在进行机翼主动控制技术的开发验证,具体内容包括飞行中主动打开扰流板、主动放下后缘襟翼以改变机翼面积、半气动弹性铰链控制翼尖折起等。此前,空客公司已于2022年4月完成了超高性能机翼缩比3D打印模型的风洞测试。

超高性能机翼是空客公司设立的机翼主动控制技术集成验证项目,重点验证4项技术:一是加装传感器,使飞机能根据传感器数据自动调整机翼控制面以应对阵风载荷;二是采用半气动弹性铰链翼尖,飞行中可按需自动折叠或展开;三是采用多功能变体机翼后缘,可在飞行中改变机翼后缘形状,改善飞机总体气动性能;四是安装弹出式扰流板,可根据流场状况快速偏转至所需角度。该项目将实现从感知到执行的全过程主动控制,技术集成度高,如成功将显著提升机翼主动控制技术的成熟度。

2.支线飞机

支线飞机的技术门槛比干线飞机略低,有能力研制支线飞机的国家较多,导致竞争更加激烈。2022年,德国继续研发电动支线飞机,法国、意大利发展新型动力和能源支线飞机,俄罗斯努力提高支线飞机的国产化水平。

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2.1 德国航宇中心完成“电动飞机概念及技术”项目中期工作

2022年6月,德国航宇中心(Deutsches Zentrum fur Luft-undRaumfahrt, DLR)表示,该中心实施的电动飞机概念及技术(Electric Aircraft Concepts and Technologies, EXACT)项目已取得中期成果,形成了配装多种推进系统的支线、短程和中程飞机组成的机队概念,包括基于分布式电推进系统的支线飞机,以及涡桨和涡扇中短程飞机。这些飞机可采用氢燃料电池、氢燃料或可持续航空燃料等实现混合动力飞行。EXACT项目的总体目标是设计可在2035年之前投入运营的新型民用飞机,其中支线飞机至少70座,航程2000千米,无二氧化碳排放。

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2.2 ATR公司拟推出更可持续的新一代支线飞机

2022年5月,法国、意大利合资的支线飞机制造商ATR公司公布了新一代支线飞机ATR EVO的研制计划。该新一代飞机将采用混合动力发动机、更轻的生物原材料和创新技术,以显著提高经济性和可持续性等性能。ATR公司表示,已向发动机制造商发出开发新动力装置的信息征询书。

ATR称,ATR EVO将提供20%的整体燃油率改进和100%的可持续航空燃料兼容性。这将使ATR EVO的二氧化碳排放量比使用航空煤油的支线喷气机少50%以上,并且当使用100%的可持续航空燃料时,ATR EVO二氧化碳排放量将接近于零。ATR公司预计新机有望在2030年前投入运营。

2.3 俄罗斯SSJ New新型喷气式支线飞机开展测试工作

2022年7月,俄罗斯联合飞机制造公司完成第一架SSJ New新型喷气式飞机原型机身的制造工作,并将其交付至中央空气动力研究所(TsAGI)进行测试。该机机身完全采用俄罗斯产零部件制造,在TsAGI进行寿命周期测试,测试中需要将机身与机翼、垂直尾翼和水平安定面组合在一起。SSJ New是SSJ 100的“俄罗斯化”改型,具有复合材料机翼和本土航空电子设备,该支线飞机由俄罗斯自研的新型涡轮风扇发动机PD-8提供动力。该机拟于2023年开始批量生产,预计2024年开始商业交付。

3.通用飞机

通用飞机是指除固定航班之外的所有民用飞机,包括农林、勘探、警务、救援、公务及观光等用途的飞机。2022年,在通用飞机领域,北美制造商开展了诸多新型公务机研发项目。

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3.1 美国湾流公司全新G800公务喷气机首飞

2022年6月,美国湾流公司(Gulfstream)宣布,湾流公司全新超远程公务机G800成功首飞,正式开启了该机的取证试验。G800从佐治亚州萨凡纳(Savannah)起飞,使用可持续航空燃料的燃油,飞行两小时后返回希尔顿海德机场(Hilton HeadAirport)。湾流公司于2021年10月推出G800,是湾流公司速度最快、航程最远的飞机,拟于2023年服役。G800可以85%声速飞行8000海里(约合14820千米),或以90%声速飞行7000海里(约合12960千米),具有同类型飞机高效的燃油效率。G800配备了湾流公司的下一代对称驾驶舱和双平视显示器,采用了新的组合视觉系统,包括增强型飞行视觉系统和合成视觉系统,进一步提高了飞机的安全性和飞行员的态势感知能力。

3.2 加拿大庞巴迪公司推出“环球”8000新型公务喷气机计划

2022年5月,加拿大庞巴迪公司(Bombardier)推出“环球”8000(Global 8000)新型公务喷气机项目。该机将在“环球”7500(Global 7500)公务喷气机基础上进一步提高飞机性能,继续保持庞巴迪公务喷气机的全球领先优势。“环球”8000最大使用速度设计为马赫数0.94,高于“环球”7500的92.5%声速,航程设计达8000海里(约合14820千米),高于“环球”7500的7700海里(约合14260千米)。“环球”8000的其他改进还包括:更光滑柔顺的机翼设计;改进型驾驶舱;更舒适的客舱设计;更短的飞机起降滑跑距离等。“环球”8000预计于2025年服役。

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