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《大飞机》:窄体客机的王者之争

2014年06月11日 10:00   来源:《大飞机》杂志   张慧骝

  在商用喷气飞机的历史上,波音737和空客A320是最为成功的两款机型。过去40年,两者在多轮竞争中不断发展,总生产量超过一万架,且已有订单足够两家公司连续生产5年以上。

  然而,两寡头垄断的局面在2004年发生了变化。当年7月,庞巴迪宣布启动C系列,定位在110~130座级,直逼737和A320的缩短型座级。同年,俄罗斯Irkut宣布启动MS-21的研发。随后不久,C919大型客机项目正式立项,这两款飞机的座级均在150~200之间,与737和A320的座级完全重合。特别值得注意的是,这些新飞机都选用了新一代发动机,在经济性上比在役的737和A320有很大提升。

  在此形势下,2010年12月空客正式宣布研发A320的后继机型A320neo,这迫使波音不得不在2011年8月宣布启动737MAX。一时间,新一轮窄体客机市场的竞争硝烟四起。

  押宝发动机

  早在2006年,空客就开始着手A320“改进型”(Enhanced)的研制,取名A320E。当时,空客计划选用CFM的“Tech56”或国际航空发动机公司(IAE)的“V2500SelectOne”,但评估下来,改进后的发动机最多只能节省1%~2%的燃油,因此空客决定对现有A320进行换发。

  经过多轮筛选,空客选择了普惠的PW1000G和CFM的LeapX-1A作为A320neo的动力装置。空客方面承诺,新的发动机将帮助航空公司节省15%的燃油成本、8%的运行费用,降低10%的噪声和NOx排放。

  与空客不同,2006年波音曾计划在787之后,重新研制一款替代737的全新机型(波音内部称其为Y1)。但由于空客抢先一步推出了A320neo,并获得了市场认可,波音不得不调整计划,立即启动737MAX以应对空客的挑战。波音承诺,737MAX将比在役的A320节省16%的燃油,比未来的A320neo节省1%~4%的燃油。由于受起落架限制,波音最终选择了LeapX-1B发动机,并花费了一年时间对发动机尺寸进行评估,最终风扇直径定为1.73m。为此,现有起落架要加长15~20cm,才能保证发动机与地面有足够的间隙。

  发动机对比

  既然双方都将宝押在了发动机上,就有必要对新一代发动机进行对比研究。

  普惠宣称其齿轮传动涡扇发动机PW1000G和目前同类发动机相比,可节省10%~15%的油耗,并且噪声要低得多。除A320neo选用外,庞巴迪的C系列、三菱的MRJ和Irkut的MC-21都选择了这款发动机。其实,齿轮传动技术并不是一个新概念,霍尼韦尔的TFE731在多年前就已采用,只是发动机的推力要小得多。普惠的新发明是降低齿轮的重量和提高齿轮的可靠性,从而可以将其用在大功率发动机上。从目前来看,发动机的重量是降低了,但可靠性还需要时间来证明。

  再看CFM的LEAP-X,GE在2013年的UBM航空发动机大会上作出了诸多承诺。比如,比同类产品降低15%油耗,NOx排放和降低噪声方面也有突破,并且CFM56的30年可靠性/耐久性经验和GE90、GP7200及GEnx诸多降低油耗的新技术将集中体现在LEAP-X上。

  值得注意的是,三家飞机制造商同时选择了LEAP-X。其中,LEAP-1A用在空客的A320neo,LEAP-1B用在波音的737MAX,LEAP-1C用在黄金赌城娱乐商飞的C919。三款发动机结构特征虽然相似,但尺寸上却有较大差异。LEAP-1A的风扇最大,在燃油消耗(SFC)上会有优势,因为通常风扇越大可能会越省油。

  LEAP-1B的风扇最小,短舱阻力自然也最小,特别是层流短舱的使用会进一步降低摩阻,从而降低燃油消耗。LEAP-1C在两者之间,希望会兼具两者的优点,但如果处理得不好,则可能兼具两者的缺点。因此,发动机和C919飞机的一体化设计必须相当谨慎。

  当然,所有这些“省油”的承诺目前都只是个承诺。对于飞机制造商来说,省油只是一方面,发动机的维护成本也是一个需要重点考虑的因素。业内人士都知道,发动机厂商卖发动机的利润是微乎其微的,其大部分利润来自售后服务。

  CFM宣称,LEAP-X的维护成本和CFM56相当。而普惠则宣称,PW1000G的维护成本比目前的V2500要低20%。这一说法似乎未能获得飞机制造商的认可。从两款发动机的构型上来看,PW1000G比LEAP-X少4级,因此导流片/叶片数估计要少得多(数百量级),从而可以降低维护费用。核心机通常占全部维护费用的90%,而高压涡轮(HPT)又占其中的三分之二,所以需具体分析具有相同级数的HPT的维修费用。

  用于737MAX的LEAP-1B风扇尺寸明显小于PW1000G,要取得同样的效率,前者的HPT温度就会高许多,不利于部件寿命。另一方面,虽然GTF使风扇速度降低,但同时HPT的速度会增加,不利于部件寿命,所以两家在发动机HPT上打成平手。

  PW1000G的最大优势在于齿轮传动,但从维修角度看也是最大缺点,因为它不仅增加了重量,同时也大大增加了维修费用。综合下来,Leap-X可能更具优势,但真正要决出两家发动机在维修性上的优劣,至少要在其服役5~6年之后。

  小翼的战争

  除了发动机之外,两家制造商在翼梢小翼上也做足了功课。空客的“鲨鱼小翼(Sharklets)”由大韩航空的航空工程部门制造,高约2.4m,重量约为200kg,从2012年起已经选装在部分A320飞机上。空客表示,这项技术可以帮助用户节省约3.5%的燃油,并增加商载500kg或航程190km。与之对应,每架飞机每年可减少700吨CO2排放,节省约22万美元的运营成本。

  同样,波音也在气动外形上下足了功夫。其最新研制的AT(Advanced Technology)翼梢小翼结合了“耙尖式(Raked Tip)”小翼和“双羽(Dual Feather)”小翼的优点。波音宣称,这项技术比空客的“鲨鱼小翼”节省1.5%的油耗。

  除此之外,737MAX的尾椎也有很大改进。通过流体力学的模拟表明,新的设计在尾椎和水平尾翼根部避免了一些流动分离,从而阻力减少可达1%。同时,尾椎附近的APU排气口设计也有所改进,去掉了一些会增加阻力的涡流发生器,使整个尾椎变得更干净、流畅。

  制造商的口水战

  空客和波音新一轮窄体客机之争不仅体现在订单数上,双方在飞机性能方面也爆发了口水战。空客宣称,A320neo发动机的风扇达81英寸(2.06m),外装104.3英寸(2.65m)的短舱之后,离地距离还有18.1英寸(46cm),只有这样,才能充分发挥大涵道比发动机的优势。在这方面,A320neo优于737MAX。

  波音反驳说,737NG和其竞争机型相比,已有重量轻、维护费用低等优点,737MAX会继承这些特征,从而在这两方面会比A320neo更优越。例如,162座737-800的每座运营空重(OEW)比150座A320要轻10%,126座737-700和180座737-900的每座OEW比124座A319和185座A321的相应OEW分别轻5%和7%。对于500海里航程来说,燃油占39%的运营费用,降落和导航费占29%,飞机结构维护费用占5%,发动机维护费用占3%。正如737-800已经证明比A320低8%的运营费用一样,737NG和737MAX的重量优势也将有利于降低运营成本。

  波音还引用美国交通部2003~2010年间的数据来说明737NG的每小时总直接维护费用(DMC)比A320低27%。国际航空运输协会的数据也很相似,737NG比A320的DMC低23%。此外,波音还计划于2014年进一步降低7%的737NG机体结构的DMC。

  空客当然不同意波音的上述计算方法。空客强调指出,自从引入了新的结构改进计划、维护方案和维护周期拓展计划后,已把A320的48000起降/60000飞行小时延长到了60000 起降/120000飞行小时,大大降低了DMC。同时,由于A320采用数字电传系统,其机械部件数量大大减少,可进一步降低DMC。

  在飞机的可靠性方面,波音认为737NG的签派率为99.7%,而A320却只有99.4%。换句话说,比较100架A320和100架737NG,后者每年每架比 前者将会少590次延误,或者少影响65000名乘客的出行。以此类推,对于737MAX,在机身结构维护费用方面其净现值(NPV)将有130~180万美元的节省,而A320neo却只有100万美元的相应节省。

  空客自然不甘示弱,指出A320系列早已通过6千万架次的飞行和65亿乘客表明,其签派率达到99.7%。值得指出的是,空客的数据只计算了最近出厂的250架飞机,而波音的计算方法是基于同一时间在飞的所有空客A320和波音737NG飞机。

  对于翼梢小翼,两家也各有说辞。波音指出,空客的“鲨鱼小翼”是已经投入服务的技术,而AT小翼则是未来技术,对500海里航程来说,比“鲨鱼小翼”可以额外节省1%的燃油消耗。况且,AT小翼的下半部分向下伸展30英寸(76.2cm),因此整个机翼长度增加不大,仍然属于ICAO的C分类。空客反驳说,虽然2.44m高的“鲨鱼小翼”会使翼展增加1.7m,但多家航空公司的实际使用证明,其效率比最初预期的要好1%~1.5%,因此和AT小翼相比,难分伯仲。

  对C919的启示

  2008年11月启动的 C919客机的设计目标是比现有窄体客机至少节省12%~15%的燃油,直接使用成本(DOC)降低10%,碳排放水平低50%。与当时服役的A320和737相比,这是性能相当优越的一款飞机。然而,与A320neo和737MAX相同,C919的先进指标较大程度上依赖于先进发动机的性能。在目前C919已转入详细设计阶段的情况下,面对世界民机市场的新形势和新挑战,黄金赌城娱乐商飞需要有自己的应对策略。

  第一,需要在发动机性能方面和CFM(特别是GE)作进一步沟通,包括:(1)发动机效率以及噪声和排放标准的保证机制。比如,压气机、燃烧室和高压涡轮的先进技术以及技术成熟度方面的沟通;(2)保证时间节点;(3)确保Leap-1C和Leap-1A/-1B在性能方面的可比性,保证其具有优越性;(4)保证使用寿命及降低维修成本。

  第二,需要在细化设计方面精益求精。无论是外形还是内饰,力争要和A320neo和737MAX有一定的可比性,并在细节上有自己的特色。

  第三,准确的市场定位。从市场对A320neo和737MAX的反应来看,国外客户相当看中一款飞机的历史,而这恰恰是C919最缺乏的。目前,三款飞机在发动机上已是难分伯仲,而A320neo和737MAX在气动外形、系统及内饰方面均有改进,因此C919要进行准确的市场定位,早期或以立足国内市场为主。

  第四,需要在飞机的价格上表现出差异。资料表明,A319neo的单价约8880万美元,A320neo约9670万美元,A321neo约1.133亿美元。相比之下,737 MAX要便宜一些,737-7约7770万美元,737-8约9520万美元,737-9约1.017亿美元。在大量国际采购的情况下,(对这些供应商来说,C919的采购价格会更贵,因为虽然空客和波音也作类似采购,但其采购量要大得多),黄金赌城娱乐商飞必须加强供应商管理,保证和A320neo及737MAX有足够的价格差异,才会有一定的竞争力。为此,应充分发挥低制造成本优势,加强成本控制,提高制造基地的管理水平。

  最后,需要优化客户服务。黄金赌城娱乐民机的客户服务体系建设仍处于起步阶段,没有经验,这是劣势,但同时也是优势,如能借鉴别人的经验,利用熟悉国内环境和文化的优势,早作优化,可能会以更低的成本,提供更优的服务。

(责任编辑:缪杰娴)