【行业资讯】航空航天装备制造:铸就大国重器 打造国家战略力量
2023-10-17 15:56:24
▌导语:航空航天产业是高端制造业的龙头,是实施创新驱动发展战略的重要领域,是建设制造强国的重要支撑。航空航天产业包括民用和军用产品两类,是学科综合性最强的行业之一,主要产品包括飞机、火箭、卫星等,还包括航空航天运输、储存、保养等各行各业。

航空航天工业被誉为现代工业之花,是强国的战略支柱,具有附加值高、产业链长、辐射面宽、乘数效应大、带动性强等特点,在保持国家经济活力、提高国家安全水平、带动国民经济和科技发展等方面起着至关重要的作用,是国家安全和大国地位的重要战略保障。

70多年来,我国航空航天装备实现了从无到有、从小到大、从跟踪发展到自主研制的跨越发展,形成了现代航空航天产业体系,具备了航空航天大国的综合实力,步入了由大变强的发展期。新时期,习近平总书记多次提出加快建设“航空强国”的明确要求,为我国新时代航空事业的发展,提出了期望、指明了方向、规划了蓝图。

航空航天制造:复杂、严苛

航空航天产品普遍存在结构复杂、工作环境恶劣、重量轻,以及零件加工精度高、表面粗糙度低和可靠性要求高等特点,需要采用先进的制造技术。而且航空航天产品的研制、准备周期较长,品种多,更新换代快,生产批量小。因此,其制造技术还要适应多品种、小批量生产的特点。

航空航天产品品种多,结构复杂,更新换代较快,因此,航空航天制造技术要具有高度的柔性和适应性,能够适用于多种型号产品的开发制造,保持航空航天领域的技术创新活力。而柔性化制造技术主要包括柔性工装、自动制孔铆接、数字化检测、自动化辅助运输、信息化集成管理等方面,可提高设备利用率,减少设备投资,具有快速的应变能力。

航空航天产品需在恶劣的环境中自主完成各种任务,要求具有良好的耐高温和低温性能、良好的抗老化和耐腐蚀性能,以及较强的断裂韧性和抗疲劳性能,以保证其可靠性和安全性,这就要求航空航天制造技术也必须具有较高的可靠性。

航空航天产品结构、形状复杂,零部件配合关系复杂,其尺寸精度、表面质量,以及装配精度要求很高,因此,这对航空航天制造技术的加工精度提出了较高的要求。目前来看,航空航天产品对精密零件制造技术提出了新的需求,大到天体望远镜的透镜,小到微机械的微纳米尺寸零件,最高尺寸精度都已趋近于毫微米级。精密、超精密加工技术及设备也在继续快速发展,精度指标也正在向亚微米级、纳米级、亚纳米级迈进。

航空航天制造技术涉及机械、电子、光学、信息科学、计算机技术、材料科学等高新技术,是对各种技术的综合利用,具有高度的集成性。而且航空航天制造装备向大型化、微型化两极发展,既涉及需采用大型制造装备来进行加工制造的飞机机身、机翼、大型天文望远镜镜面、火箭壳体等大型产品,也涉及需采用微型化精密制造设备来制造的微型传感器、微型驱动元件等微型器件及产品。

正在迈向高端的航空航天装备制造

具体来说,我国当前航空航天装备制造主要包括四个方面:飞机、航空发动机、航空机载设备与系统、航天装备。

飞机是国民经济、社会发展和人民交通出行服务的空中运载工具,主要包括干线飞机、支线飞机、通用飞机、直升机、无人机等。到2025年,民用飞机年营业总收入超过2000亿元;280座级双通道干线飞机完成研制、生产和交付;干线飞机交付量占国内市场份额10%以上,涡桨支线飞机交付量占全球市场份额10-20%,通用飞机和直升机交付量占全球市场份额分别达到40%和15%。

其中,重点发展130-200座级、单通道、高亚声速、中短途运输机;250-350座级、双通道、高亚声速、中远程运输机;70-120座级中短途涡扇运输机;50-60座级短途涡桨运输机;70 座级短途涡桨运输机;大、中、小型涡扇公务机;中、轻型涡桨公务机;最大起飞重量1吨左右,用于培训、娱乐、空中测绘等作业的多用途飞机;最大起飞重量50吨左右,用于救援/灭火、森林防护、水上运输等作业的特种飞机;运-12F等现有产品改型飞机;最大起飞重量30-40吨,主要用于消防、设备物资吊运及安装、应急救援、陆上/海上执法等领域的重型直升机;最大起飞重量7吨,载客16名的先进中型多用途直升机;最大起飞重量3-4 吨,载客8名的先进轻型双发直升机;1吨级轻型活塞单发直升机、2吨级轻型民用直升机、4吨级双发多用途直升机和13吨级大型民用运输直升机改型直升机,以及不同级别,能够满足边境巡逻、治安反恐、农林作业、地图测绘、管线监测与维修、应急救援、摄影娱乐等各类应用需求的固定翼和旋翼类无人机。

航空发动机产业是指涡扇/涡喷发动机、涡轴/涡桨发动机和传动系统以及航空活塞发动机的集研发、生产、维修保障服务的一体化产业集群。航空发动机产业链长,覆盖面广,对国民经济和科技发展有着巨大带动作用。到2025年,CJ-1000A 商业服役;1000kgf级涡扇、1000kW 级涡轴等重点产品完成适航取证;5000kW级涡桨等完成型号研制。实现自主研制的首型先进大型民用涡扇发动机在国内商业服役,使中国航空发动机产业进入世界第一梯队。

重点发展用于国产干线客机C919的CJ-1000A涡扇发动机;用于中俄联合研制的宽体客机的宽体客机涡扇发动机;用于喷气支线飞机的7000-11000kgf级齿轮传动涡扇发动机;用于喷气支线飞机或公务机的5000kgf级涡扇发动机;用于7-8座轻型公务机的1000kgf级小型涡扇发动机;用于新型5吨级直升机的1000kW级涡轴发动机;保障未来重型直升机需求的8000kW级大功率涡轴发动机;用于未来涡桨支线客机及中小型运输机的5000kW级涡桨发动机;用于轻型通用飞机和无人机的,使用重油、航空生物燃料等安全低碳燃料,功重比大于3,耗油率不大于235g/kWh,直联输出活塞发动机和200kW航空活塞发动机等多种类型的航空发动机。

航空机载设备与系统及配套包括航空电子、飞行控制和航空机电系统以及航空材料和元器件等配套产业。航空机载设备与系统及配套是提高国产飞机性能、实现航空工业自主创新、形成航空产业竞争力的重要保障。到2025年,要实现国内干、支线飞机机载产品市场占有率 30%;通用飞机机载产品市场占有率 50%;在关键航空机载设备与系统领域培养若干个系统级供应商;实现航空材料和元器件自主保障。

重点发展具备面向机载系统具备150个以上应用分区的综合处理与重构功能,具备多种信息智能采集与输出功能且远端接口单元可动态配置,具备高速安全网络功能,实现开放式网络架构的综合处理与网络系统;含大气数据惯性参考单元,具备卫星导航、无线电导航功能的综合导航系统;具备飞行、导航、发动机参数和飞机状态信息的显示以及人机交互功能,并提供机组告警功能的座舱显控系统;具备状态检测、故障检测与隔离以及趋势分析等功能,健康评估模型的预测逼真度不低于80%的机载维护系统;具备甚高频通信、高频通信、选择呼叫、卫星通信、数据链通信、音频综合、无线电调谐、应急定位发射、驾驶舱门监视等功能的通信系统;具备主动控制功能,掌握主动侧杆技术,部分操纵面采用电作动器,或能实现主非控、自动飞行、高升力一体化系统综合的能力的主飞行控制系统;装备国产干、支线客机的先进高升力系统;采用分布式驱动、自适应等新技术的高升力系统;基于35MPa高压系统设计的液压系统;用于国产民用飞机的分布式液压系统;能实现分布式自动配电,单通道功率等级大于250kVA的宽频交流电源系统;用于装备国产运输机的三轮升压式高压除水制冷系统;四轮升压式环控系统;电动环控系统;具备起动/发电一体化功能,能实现多电型组合动力装置机应用的辅助动力系统;用于民机的水/废水系统;用于货运型飞机的集装式货运系统;用于客用型飞机货仓的滑毯式货运系统等。

在航空关键元器件方面,重点发展适用于机载条件下的高可靠性、大容量显示以及有机发光二极管显示器;数字像源等新型机载显示组件;高精度谐振式光子晶体光纤陀螺;冷原子陀螺技术;20kW大功率无刷电机;20kW开关磁阻电机;碳化硅二极管;JFET/MOSFET芯片;高监测精度和可靠性的,用于提高油液、气体、温度、压力等的航空传感器;基于新型敏感材料、新型封装材料、新型导电材料等新材料的传感器;能满足柔性机翼和智能蒙皮的微机电系统等。

航天装备主要是指运载火箭,卫星、飞船、深空探测器等空间飞行器,以及相关地面设备等。航天装备水平是代表一国航天能力的核心标志,也是衡量国家综合国力的重要标志之一。2025年,建成高效、安全、适用性强的航天运输体系,布局合理、全球覆盖、高效运行的国家民用空间基础设施,形成长期稳定高效的空间应用服务体系,具备行星际探测能力,空间信息应用自主保障率达到80%,产业化发展达到国际先进水平。

重点发展新一代无毒、无污染长征系列运载火箭;新一代中型运载火箭;重型运载火箭;由卫星遥感系统、卫星通信广播系统、卫星导航定位系统等天地一体化系统构成的自主开放、安全可靠、长期连续稳定运行的国家民用空间基础设施;用于陆地观测、海洋观测、大气观测的三个卫星遥感系统系列;用于固定通信广播、移动通信广播和数据中继三个卫星通信广播系统系列;在北斗区域导航系统基础上,继续发射组网建成北斗全球卫星导航系统;建设天基骨干传输网、天基移动宽带接入网和地面节点网,开发商用应用终端,形成网络互联、全球覆盖、宽带服务和移动保障的卫星通信系统;建设具备轨道救援、故障修复、在轨装配与加工能力的在轨服务与维护系统;空间站;月球采样返回器;新一代部分可重复使用、低成本的载人天地往返运输系统;深空探测器;深空探测系统技术体系等。

从蓝图到现实的航空航天强国梦

1951年4月17日,中央人民政府人民革命军事委员会和政务院颁布《关于航空工业建设的决定》,我国航空航天事业开始起步。在我国航空工业发展的早期,由于面临着战争与经济封锁等威胁,航空工业部门主要致力于研制生产军用飞机,我国航空航天工业也因此走上了一条“先军后民”的发展道路。

近年来,随着政府的高度重视和国内强大的市场需求,航空工业面临着前所未有的发展机遇和良好环境。2005年以来,我国相继发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》《国家“十二五”科学和技术发展规划》《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》《民用航空工业中长期发展规划(2013-2020年)》等规划,为我国航空产业发展指明方向,将推动我国航空工业实现快速发展。

2015年5月,《中国制造2025》提出,大力推动航空航天装备重点领域突破发展。在航空设备方面,加快大型飞机研制,适时启动宽体客机研制,鼓励国际合作研制重型直升机;推进干支线飞机、直升机、无人机和通用飞机产业化。突破高推重比、先进涡桨(轴)发动机及大涵道比涡扇发动机技术,建立发动机自主发展工业体系。开发先进机载设备及系统,形成自主完整的航空产业链。

在航天装备方面,发展新一代运载火箭、重型运载器,提升进入空间能力。加快推进国家民用空间基础设施建设,发展新型卫星等空间平台与有效载荷、空天地宽带互联网系统,形成长期持续稳定的卫星遥感、通信、导航等空间信息服务能力。推动载人航天、月球探测工程,适度发展深空探测。推进航天技术转化与空间技术应用。

值得关注的是,2015年国家明确鼓励民营企业发展商业航天,开启了中国航天向政府主导与市场推动相结合的转变进程。2021年,“十四五”规划将空天科技列入“强化国家战略科技力量”中。之后,不少省市提出相关政策,带动了商业航天行业快速发展。

商业航天产业链(图片来源:创业邦)

与此同时,我们也应该清楚地认识到,全球竞争是航空航天工业的重要特点,中国航空航天工业必须与世界航空强国同台竞技。以航空行业为例,世界航空工业经过百余年的发展,在市场上已形成了高度垄断。航空发达国家利用其技术优势和垄断地位,通过技术禁运和适航壁垒,阻碍我国航空工业的发展和进步。

美国管制的航空航天领域技术方向

美国是当今世界上航空工业最为发达的国家,拥有完备的工业和科研体系,在技术上全面处于世界领先地位。有实力的大企业主要集中在美国,在世界航空航天100强企业中,美国占44家,在前10强中,美国占7家,其2012年的销售收入为2179亿美元,出口额为955亿美元,绝对领先于其他国家。

欧洲的航空产品国际市场竞争力强,大型客机、军机、直升机、发动机均占有国际市场的相当大份额;2012年销售收入约1600亿美元,其中出口占60%;在世界航空航天100强企业中,欧洲占据了35家,仅次于美国。俄罗斯是世界上极少数能够研制各类航空产品的国家之一,其军机国际市场竞争力较好,但民机产品比较逊色,近二十年来发展缓慢,现正在酝酿新的崛起。

加拿大是喷气公务机和支线客机全球最大的生产国之一,巴西的支线客机也占有世界市场的半壁江山,日本是世界主要民用客机和发动机生产商的重要合作伙伴,乌克兰具有大型运输机、航空发动机的设计和生产能力。这些国家在局部技术、某些产品领域也具有一定特色和优势。

对此,我国正在努力加快制定振兴航空制造业的法律法规和政策措施,完善产业发展金融保障机制,建立和完善融资体系、担保基金和风险规避机制。加强与美欧等发达国家民用航空管理当局的合作,拓展双边适航协定。加快低空空域改革,促进通用航空产业发展。在符合WTO规则和国际惯例的基础上,鼓励购买国产飞机。实施国产航空器的政府采购政策,落实中央财政、地方财政对国产民用航空产品的政府采购。结合国家“一带一路”战略,支持航空制造企业“走出去”。

来源:中国科技投资