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中国民用航空工艺装备发展报告(三)

2019/3/4        作者:吕家兴    赵会善      
关键字:民用航空 标准工艺装备 制造数据集 PDR CDR FDR  
欧美航空产业是高科技及人才荟萃的领域。其取得的丰硕成果,离不开先进的航空工程设计技术,更离不开航空工艺装备设计制造技术的进步。

    第三章 国内航空工艺装备发展

    一 国内航空市场预测

    1 国际转包

    区域和全球经济一体化的趋势促进了航空零部件和部段分包制造的发展,使得航空零部件和部段产业走向了全球。20世纪60年代,空客公司为充分利用欧洲各国在航空领域的比较优势,初步建立了覆盖法国、英国、德国、西班牙等国家上百家制造商的制造体系。与之相仿,波音公司在不断扩张的过程中,也将供应商体系覆盖到美国各地。随着跨国联系和合作的加深,波音、空客等领先公司的航空产品在走向全球的同时,其配套的航空零部件和部段产业也在多个国家蓬勃发展。现役载客量最大的民航客机空客A380由400万个零部件组成,供应商囊括了来自30个国家的1,500家公司。目前,全球航空零部件产业已形成了稳定的产业规模,2013-2017年,全球机身结构部门的营业收入均保持在300亿美元以上。

2011-2017年全球机身结构部门营业收入

图3.1 2011-2017年全球机身结构部门营业收入 资料来源:德勤《全球航空航天及国防行业财务状况分析》(历年) 

    从国际转包市场来看,随着我国融入国际航空产业链的程度不断提升,越来越多的零部件、部段被委托给中国公司进行转包生产。2011-2016年,我国民航工业总体转包交付金额从10.40亿元增长到17.90亿元,年均复合增长率为11.47%;其中民用飞机零部件转包交付金额从5.90亿元增长到12.14亿元,年均复合增长率为15.52%,除2015年之外均保持增长。

2011-2016年我国民航总体国际转包和飞机零部件国际转包交付金额

图3.2  2011-2016年我国民航总体国际转包和飞机零部件国际转包交付金额 资料来源:《中国民航工业年鉴》(历年)

    2 国内分包

    我国航空工业面对国内经济发展和国防建设的需求,积极融入国际航空产业链,建立了品种不断扩大、技术持续进步的航空工业产品体系,形成了对接国际先进技术标准和供应体系、能够保障我国航空领域需求的航空零部件和部段产业。近年来,随着国际民航工业布局不断向我国倾斜,以及我国对C919、CR929、ARJ21、AG600、MA700等大型飞机项目的扶持力度不断加大,我国航空零部件和部段产业的发展进一步加速,兴起了一批专业能力强、技术先进的企业。

    从国内分包市场来看,我国民用飞机的研制为航空零部件和部段行业的发展带来了机遇。干线客机方面,窄体干线客机C919已首飞成功,订单数量截至2018年2月已达815架;宽体干线客机CR929正在研发。支线客机方面,ARJ21订单数量截至2018年2月已达453架,新舟60/600飞机截至2017年累计交付超过100架,新舟700订单数量截至2018年10月已达185架。此外,大型特种用途水陆两栖飞机AG600已首飞成功,全机5万多个结构及系统零部件中,98%由国内供应商提供。2011-2016年,我国民用飞机零部件年交付金额从不到60亿元增长到将近90亿元,已形成较大的市场规模。

2011-2016年我国民用飞机零部件国内分包交付金额

图3.3  2011-2016年我国民用飞机零部件国内分包交付金额 资料来源:《中国民航工业年鉴》(历年)

    3 无人机

    从我国来看,从事无人机行业的单位有300多家,其中规模比较大的企业有160家左右,形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系。

    工业级无人机市场分散,各企业收入规模差距不大,目前行业竞争格局有以下特点:

    (1)各企业工业级无人机业务收入规模相差不大,行业中部分企业已经完成了“从0到1”的积累;

    (2)农业和电力是工业级无人机企业的主要布局领域,由于农业无人机空间较大,很多企业专注于植保无人机业务。

    无人机在行业应用方面,虽被广泛用于航拍、娱乐、送货等方面,但这样还是不够的,无人机的应用需求还须要更加深度挖掘,未来看好做深做精专业化的无人机市场。从市场规模角度,警用无人机、农业植保无人机、测绘与巡线无人机,未来都具有较大的投资价值。

    近两年无人机的兴起,引来了大量投资者的目光,特别是美国监管机构开始允许无人机进行有限商业运营,让全球资本加速了在民用无人机领域的投资。中国无人机市场尚未成熟,对于希望进入此领域的无人机制造商来说,中国市场前景广阔,未来3年,无人机将会应用到更广泛的领域,其中航拍无人机的出货量有望增长七倍以上。

2011-2016年我国民用飞机零部件国内分包交付金额

图3.4 2015-2020年我国民用无人机市场规模预测(亿元) 资料来源:无人机网

    二 航空产品升级换代

    1 新材料

    1.1 产品材料

    航空产品在加工时普遍使用钛合金、复合材料等特殊材料,这些材料的加工难度较大。同时,多数航空零件几何外形复杂,对加工精度要求较高。具体来看,航空零部件制造的技术水平体现在材料技术、加工技术和过程控制技术上。

    由于航空器工作环境和任务要求的不断严苛,航空零部件已大量采用轻量化、高强度、具有特殊性能的材料。航空铝材、钛合金材料、高温合金、复合材料、耐热涂料、金属陶瓷、隐身涂料等已被广泛应用。这在材料质量检测、性能测试、加工工艺能力等方面,对企业提出了很高的要求。尤其是复合材料等需要在制造现场进行预处理的材料,需要企业建立非常专业的材料处理能力。此外,承接各型号航空零部件业务的企业需要有全面的材料技术体系,因为即使是同一类零部件,由于使用材料的差异,在加工和检测方法上也会存在显著的区别。

    航空零部件大都采用复杂曲面、轻量化结构,加工中必须避免由于应力、高温等造成的变形,这对制造工艺和制造设备的要求很高。高速切削技术和增材制造技术是航空零部件加工的关键技术。近年来,高速切削技术因其加工效率高、切削负荷低、传入工件的切削热少及加工变形小等显著优点,被航空零部件制造行业广泛使用,取得了显著的经济效益。高速切削时,切屑排出速度快,能够提高散热效率、减小工件表面的切削热。此外,增材制造技术是航空零部件加工的重要方式。增材制造技术具有无需锻造设备及锻造模具、材料利用率高、周期短、成本低、柔性高、响应快等特点,能满足制造中超大、超厚、超薄和复杂型腔等特殊结构及极其复杂外形加工需要,广泛应用于中小型关键零部件加工。

    1.2 工装材料

    在工艺装备设计阶段应该考虑回收拆解等问题,加快推进新材料、新成品等绿色低碳材料的应用及工艺技术的创新。采用国内外工艺装备新技术、新结构、轻量化材料等。另外,需要对可循环材料回收创造便利条件,使产业链得到优化,形成良性循环。推进资源再生利用产业规范化、规模化发展。

    工艺装备材料从最初的各种钢材,逐步发展到铝合金、非金属材料、粉末喷涂等。国内的科研院所、公司等近几年都相继推出了新材料。新材料的应用,不可避免地催生工艺装备设计制造思想的改变:涉及工艺装备结构及制造工艺的改变,有些方面甚至是“革命性的改变”。

    (1)循环树脂

    目前国内外均有此类树脂成批生产(国内批产Fx3000、SAM900等),其最大特点是可重复利用,其完成生产任务后可回收再利用。国内主机厂也在应用方面做了大量工作,其中在某新型机试制批钣金成型工装大面积应用,其强度、硬度、耐油、耐候性等均达到了预期要求。

    蒙皮拉型模的工作型面塑制,经加工后表面光洁,自润性极好。且表面意外的磕碰伤、划伤等可通过修补泥修复后其性能指标不变。并且大大缩短了工艺装备制造周期。

    (2)九系铝合金

    9系铝合金是一类通过粉末冶金技术生产的高性能铝合金,主要性能已达到国际领先水平。其中,9S系列高强铝合金具有高强度、高硬度、优异的机加性能、加工后不需要时效等特性,适于代替进口7系航空铝合金,用于制造航空结构件,更是工艺装备的优选材料。

表3.2 9S系列高强铝合金与进口7075铝合金的主要力学性能指标对比

9S系列高强铝合金与进口7075铝合金的主要力学性能指标对比

    (3)其它新材料

    比如研发耐高温200℃以上、低密度、低线膨胀系数新型材料代替因瓦合金,应是未来发展方向。新材料开发应用必将促进应用技术的发展,比如开发新型铝合金焊接技术、复合材料焊接技术、机械加工技术等。

责任编辑:张瑾
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