世界民用航空航天产业发展动态

2015-03-30 10:04:19 江苏省企业技术改造协会 16

图片关键词


 

 

 

一、世界民用航空航天业总体发展态势 

(一)世界民用航空业发展态势 

(二)世界民用航天业发展态势 

二、世界民用航空业发展动态 

(一)干线飞机 

(二)支线飞机 

(三)公务机 

(四)直升机 

三、世界民用航天业发展动态 

(一)世界主要国家民用航天业发展态势 

(二)民用航天业重点领域发展动态 

四、民用航空核心设备技术发展动态 

(一)民用航空发动机 

(二)民用航空机载设备 

(三)民用航空制造技

(四)民用航空材料 



世界民用航空航天产业发展动态

2014)

 

 

一、世界民用航空航天业总体发展态势

(一)世界民用航空业发展态势

1.世界民用航空发展平稳上升

世界民用航空业继续保持稳步上升。根据亚太航空中心CAPA的研究,全球航空业2013年的年度商用飞机储备订单量再创新高,几乎达到了全球现役飞机总数的一半。截至2014年2月18日,未交付的商用飞机确认订单共有12596架。美、亚太和欧洲这三大地区在储备订单量方面也占有绝对优势。亚太地区的订单数量最多,为3338架,比北美以及欧洲地区的订单数量高出了1000多架。从窄体客机的订购情况来看,北美、亚太和欧洲这三大地区的优势地位得到了进一步的巩固。其中,亚太地区订购的窄体客机数量最多,比欧美地区高出了600架左右,而后两者的订购量几近相同。从全球的飞机订购情况中可以看出,窄体客机的重要性将日益增长。全球近三分之二的飞机订单均为此类机型。在宽体客机订购方面,中东地区强势崛起,打破了北美、亚太和欧洲三足鼎立的传统局势。其中,北美地区的宽体客机订单量降至第四位,而中东地区已超越欧美升至第二位,仅次于亚太地区。据统计,亚太地区共订购了964架宽体客机,这一数字比欧美两地的总和还高。同时,中东地区596架的订单量几乎双倍于北美。根据运营模式进行分析,全方位服务航企运营着全球超过60%的现役飞机,相比之下,支线/通勤航企的这一比例接近22%,而廉价航企甚至不足18%。虽然廉价航企近年来发展得非常成功,尤其是在中短程航线的运营方面,但就运营的飞机数量而言,全方位服务航企仍然占据主导地位。

2.航空技术创新推动持续发展

航空技术的不断创新是推动航空制造业发展的源动力。作为航空制造的最关键部件,航空发动机的技术创新直接影响航空飞机的更新换代。在窄体机动力上,CFM和普惠公司势均力敌。CFM加快了Leap发动机的测试速度,并不断打破CFM56发动机的生产纪录。普惠公司在研发PW110G系列发动机的同时,还在积极推动PW1000G系列发动机其他型号的研制进度,其中研制进度最快的PW1500G现已装配在C系列飞机上试飞。在宽体机动力上,罗尔斯一罗伊斯( Rolls-Royce)和通用电气(GE)竞争激烈。罗尔斯一罗伊斯于2013年10月将V2500发动机业务全面交接给普惠公司,放弃了与美国联合技术公司共同研制的新型的中型尺寸发动机计划,表明罗尔斯一罗伊斯从中等推力发动机退出,全力推动宽体发动机市场。波音在2013年选择GE9X为777X的唯一发动机。罗尔斯一罗伊斯公司除了启动遄达1000-TEN的研制和加快遄达XWB-97的研制进度外,正着手最新的配有升级包C标准的遄达1000发动机的试飞项目,该发动机将配装787-9飞机。罗尔斯一罗伊斯公司的也将关注重点转移到推力更大的发动机型号的试验项目上。其他航空技术也在发生日新月异的变化。当前,快速成型技术、新材料技术、信息技术、人工智能技术等一系列萤大关联技术的群体突破和应用条件逐渐趋于成熟,有力地推动了航空制造业生产效率的大幅跃升,使整个生产系统的综合效能提升到一个全新的水平。

3.飞机制造商着手围绕新一代商用飞机制定维修方案

航空制造商视新一代商用飞机为新的业务机会和收入来源。为了进一步扩大售后市场,波音公司已将其GoldCare项目(波音综合售后服务Edge的一部分)打造成为一种全面的机队维修和工程管理服务。GoldCare最初只作为波音787客户的服务选项,但现在已拓展至除波音767以外的所有机型,未来这一服务项目还将适用于波音737MAX。庞巴迪公司预计于2014年交付其首架C系列飞机。在C系列飞机投入运营时,每一架飞机都安装有飞机健康管理系统,可以实时下载数据进行健康诊断和预测。庞巴迪公司将其称之为“SmartFix Plus”,它是C系列飞机的电子故障隔离手册,当与其他电子故障隔离手册连接后将非常便于对故障的排除。由于C系列飞机使用了大量的复合材料,而且大多数客户没有复合材料的维护经验,因而庞巴迪加强了对外场修理、维修支援和维修培训,而且还计划将里尔喷气飞机的“Smart Services”客户支援计划延伸至C系列飞机。随若支线喷气飞机市场的不断扩大,一些新型支线喷气机的制造商纷纷与经验丰富的维修机构开始开展售后支援方面的合作。例如,苏霍伊旗下的超级喷气国际公司(SJI)与意大利阿莱尼亚·马基公司建立合资公司,为100座级“超级喷气”100飞机提供支持。除了自己提供售后服务外,新一代飞机制造商还与其他大型飞机制造商合作提供客户服务。三菱飞机公司与波音民用航空服务公司签署协议,将70—90座的三菱支线喷气(MRJ)系列飞机的客户服务工作都交由波音民用航空服务公司负责,包括备件供应、服务运营和现场服务等。根据协议,波音公司将仿照波音客户服务网站MyBoeingFleet.com,为MRJ的客户建立一个mymrjfleet.com的客户服务网站。

4.双发远程宽体引发新一轮竞争

波音公司2013年1 1月推出新一代远程双发飞机波音777X系列,引发波音和空客的新一轮竞争。空客新型的A350-900宽体客机2014年开始交付,将与波音目前最畅销的777飞机争夺市场占有率。波音777X的GE9X是目前世界上推力最大的发动机,每台发动机推力可达543千牛(kN),相当于波音707单台发动机推力的5倍,机翼采用了碳纤维材料.翼展长77.67米,创造了波音商用飞机的最大展长纪录。空客公司应对波音777的竞争,目前面临一系列研制方案的抉择,包括为A330或A380更换新的发动机,推出A350的改进型,研制一种全新的大型远程双发飞机。空客公司是否为A330和A380换发的最终决策,不仅将决定公司宽体机产品线的发展走向,还将对发动机制造商产生影响。通用电气、罗尔斯一罗伊斯公司与空客公司展开讨论,助推空客“更换发动机”的决定,普惠公司也计划用齿轮涡扇的发展型参与空客换发计划的竞争。同时,空客还在考虑用一种新机型直接与波音777-9X展开竞争。空客未来计划办公室与亚琛大学、汉堡大学和德国航空航天研究中心一直在联合研究新一代大型客机系列,正在研究一种将混合层流控制技术应用于空客新一代大型双发远程客机。该机型采用大量轻质复合采用,并利用了先进的机翼设计和高升力技术,最大起飞重量略低于410吨,高于777X的最大起飞重量。

5.航空业并购重组发力民机业务

航空制造业竞争日趋激烈,航空企业希望通过并购重组提高其核心竞争力。2013年,航空业并购的次数比上年有所减少,但大型的航企并购案却影响深远。2013年12月26日,德事隆公司( Textron Inc.),塞斯纳飞机(Cessna aircraft)和贝尔直升机(Bell helicoptes)的制造商,宣布以14忆美元收购比奇飞机公司(Beechcraft),以求在当前商务喷气机销售的低迷期拓展其螺旋桨驱动式飞机的阵容。比奇飞机公司的诸如twin-engine King Air等机型可以有效补充塞斯纳阵容,拓展其范围从双座机到用于运输人员和货物至小型机场的商旅涡轮螺旋桨式飞机(Caravan turboprop)。2013年12月10日,美航( America Airlines)母公司AMR集团和全美航空(US Airways)集团完成合并,正式组建美国航空集团公司。美航与全美航空的整合过程预计需要18—24个月,公司运作不会立即发生变化。从2014年1月初起,双方的乘客里程计划将合二为一。2015年前,此次合并预计每年能产生超过10亿美元的净协同效益。2014年1月1日,欧洲宇航防务集团( EADS)宣布自起更名为空中客车集团并进行业务重组,空中客车在重组后的业务范围基本保持不变,只是将军机业务转移到航天及防务公司;欧洲直升机公司直接更名为空中客车直升机公司;Astrium和Cassidian将与空中客车军机业务合并,组成新的空中客车防务及航天公司。空中客车集团通过注册名称的改变(由Airbu。GroupN.V.交为Airbus Group SE,以SE为后缀表明该公司是在欧洲注册的公司,而不是在欧洲某一国家注册的公司)成为一家统一的欧洲公司。重组计划凸显民机业务对集团的重要性,同时也充分肯定了空中客车的品牌价值。

(二)世界民用航天业发展态势

1.民用航天产业保持增势

全球航天业总量保持增长,增长的很大一部分源自商业活动(含航天产品与服务和商业基础设施)的推动。美国航天基金会发布《2013年航天报告》,2012年全球航天经济总量增长到了3043.1亿美元,比2011年的2853.3亿美元增加了6.7%。从2007年到2012年,全球航天经济总量增长了37%。商业航天产品与服务收入增长6.5%,商业基础设施与保障业增长了11%。

美国在航天飞机退役后仍在继续适应后航天飞机时代,载人航天主要依靠俄罗斯,同时也在采取措施来重新建立起自己的载人航天能力。由于预计商业太空飞行市场会出现增长,美国已有多个州提出要建设或正在建设航天港设施。有几个州还已通过了相关立法,以消除可能影响到航天飞行器运营者和供应商的责任。俄罗斯、巴西和印度等国家推出了将在未来几年增加投资的计划,新型运载火箭、卫星系统和探测任务正在筹备之中。中国在载人航天计划上取得了稳步进展,日本研究了更大规模地进军全球商业发射市场的各种方案,而欧洲则将一种新型运载火箭投入使用。各国政府正在日益认识到,航天可用作国际贸易和发展的一个工具。先进航天国家可通过同正在寻求社会和发展效益的新兴国家建立伙伴关系来从其现有航天能力上收获经济效益。这种伙伴关系可包括经费援助、基础设施建设和培训计划的任意组合。值得注意是非洲,据预测,从2013年到2017年,非洲对固定卫星业务的需求将以每年1.1%或更高的速度增长。

2.新兴市场国家航天投资加大

政府航天投资总额增长分布不均匀。2012年政府航天投资总额增长较少,比2011年同期增加1.4%。美国航天预算在全球政府开支中仍然最多,航天计划规模较小的几个国家的航天预算有了相当大幅度的提高,如巴西增长了27%,俄罗斯是30%,而印度则是51%。加拿大和意大利等其他国家降低了其航天投资水平。

在航天工业界,并购仍是各公司为使自己能适应政府开支预计会出现的变化而采取的一项有效手段。2012年这类交易的规模比2011年减小9%,交易额普遍偏低。与此同时,在美国股票市场上市的航天类金业的股价有不错的上涨,导致航天基金会指数在2012年上升14%—30%,而同期纳斯达克指数的增值为16%,标准普尔500指数为13%。

3.低轨通信卫星星座加速更新换代

美国和俄罗斯仍保持航天业领先地位,应用卫星系统加速更新换代。从2013年发射的航天器情况来看,美国在研制数量、所属数量以及航天器质量方面依然保持领先地位,2013年高达89个,是2012年(30个)的3倍,主要来自空间科学与技术试验类的微、纳卫星数量的增长,也是推高全球航天器发射数量的主要驱动力。俄罗斯则保持发射次数的领先地位,2013年全年发射航天器33次,居于全球首位。中国、欧洲的航天器发射次数分别以15次、7次位居航天发射排行榜的三、四位。在通信领域,美国和俄罗斯两国正在加速低轨通信卫星星座的更新换代,新发射的通信卫星2/3为低轨道通信卫星,美国静止轨道军用通信卫星的更新换代进程已过半,新一代卫星系统性能呈数量级提高。在导航领域,俄罗斯力图建成由30颗卫星组成的完整的导航星座,但因发射失败损失了3颗卫星,所以只能在2014年完成满员星座的部署。在对地观测领域,美国继续保持自己的领先地位,最后一颗0.1米分辨率的锁眼-12(KH-12)卫星已经完成发射,俄罗斯虽然2013年发射的对地观测卫星只有3颗,但全部是高分辨率卫星,最高分辨率达到0.33米。

4.二次应用技术推广和应用

许多行业仍在继续得益于空间资产向全球提供通信和广播服务的能力。全球多家航天局正在开展二次应用技术的选定和推广工作(表1)。美国航空航天局(NASA)、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构( JAXA)和印度空间研究组织(ISRO)都设有专门负责推动航天技术在其他领域应用的机构。NASA 2012年《二次应用》年度报告,除带来收入和降低成本外,二次应用造就了1.4万个工作岗位。这些结论仅来自所选取的不到200项技术,而多年来所造就出的二次应用技术有数千种之多。航天基金会通过其“航天技术名人堂”对改变世界的二次应用项目进行表彰。2012年入选的两项技术分别是“火情观察”和柔性气溶胶。“火情观察”利用卫星遥感技术来探测初起的森林火灾,而柔性气溶胶原本是为航天器隔热而开发的,目前已广泛应用于各工业领域。

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二、世界民用航空业发展动态

(一)干线飞机

干线飞机市场由波音和空客两家制造商所垄断。根据航升咨询公司的统计,截至2013年7月底,全球在役宽体机数量超过3500架,波音777占有29%的市场份额,空客A330以26%的市场份额位居全球在役宽体机的第二位,波音747和A340的市场份额均为9%,A380和波音787分别占据3%和2%。

1.波音飞机订单和交付量双双创历史新高

波音在2013年共交付了648架民用飞机,创下了公司年度交付量的新纪录。截至2013年年底,公司未交付的民用飞机订单达5080架,创下新纪录(表2)。波音在2013年还获得了创纪录的1531架民用飞机总订单,其中1355架为净订单,为公司历史上的第二高数字。2013年,3个波音飞机项目创下了年度交付量的新纪录:737项目交付440架新一代737;777项目交付98架飞机;787项目向全球16家客户交付65架梦想飞机。凭借在2013年实现的高产能,所有3个波音民用飞机工厂(埃弗雷特、伦顿和北查尔斯顿)都创下了飞机交付量的新纪录。波音在2013年继续保持了双通道市场的领先地位,并启动了两个新的飞机项目。777X项目于11月在迪拜航展上启动,获得价值950亿美元的259架确认订单和承诺订单。波音还于6月在巴黎航展上启动了787-10梦想飞机,这是航空史上最高效的飞机。

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2.空客订单量创造业界新纪录

2013年,空中客车公司超额完成公司制定的各项目标。空客公司在2013年交付了626架民用飞机,包括493架单通道的A320系列飞机、108架A330系列宽体飞机和25架A380超大型飞机,超额完成公司原定目标,比2012年多交付38架飞机(2012年交付飞机588架),创造公司新的交付量纪录。空客飞机交付量实现连续12年增长。

2013年的总订单数量达到1619架,创造了新的业界纪录。其中包括377架装配现款发动机的A320ceo系列和876架装配新型发动机的A320neo系列飞机、77架A330系列飞机、239架A350XWB宽体飞机和50架A380飞机。2013年获得的订单总价值为2405亿美元,也创造了新的纪录。

截至2013年年底,空客公司的储备订单量创造了新的业界纪录,达到5559架,价值8090亿美元,相当于未来8年的生产量。2013年,空客总订单量占全球当年100座以上飞机市场总订单量的51%。很多客户决定在各级别市场订购更大型的飞机(A321、A330-300、A350-1000和A380),这为空客提高收入产生了积极的效果,使得空客在单通遭和宽体飞机市场均取得领先地位。2013年,空客A320neo系列飞机订单超过了2600架,同时,A320ceo的销售情况依然强劲,在A320neo项目正式推出之后,A320ceo依然获得超过1000架的订单。2013年,空客A350XWB宽体飞机获得商业上的巨大突破,特别是首次获得日本客户的订单。2013年,空客A380飞机获得了50架订单,依然占据超大型飞机市场的主导地位。

3.干线飞机研制进展

GE9X发动机成为波音的下一代远程宽体客机777X动力装置的唯一指定发动机。该风扇直径达到335厘米,是通用电气有史以来研制的直径最大的发动机风扇。该风扇引入了GEnx发动机的碳纤维复合材料风扇技术,包括复合材料风扇叶片和复合材料风扇机匣,风扇叶片数位16片,采用第4代碳纤维复合材料和三维气动设计技术,通过增加风扇的叶尖切线速度,使得风扇具有更高的效率,同时减少了数百千克的风扇叶片和支撑结构的重量。GE9X发动机基于通用电气的eCore核心技术设计,涵道比提高了14%。11级高压压气机采用全新的气动设计技术,其中前5级高压压气机采用整体叶盘结构,高压压比达到27︰1,再加上高压压气机之前酌3级低压压气机,发动机总增压比达到60︰1,使得燃油效率改善2%。该发动机还采用第3代双环预混旋流燃烧室和重新设计的燃油混合器,压比和进口温度将增加,氮氧化物排放量比CAEP/8标准低30%。GE9X发动机的低压涡轮叶片采用增强钛铝金属间化合物制造。GE9X发动机将使用更多的陶瓷基复合材料(CMC)比传统的热端部件合金更轻、需要的冷却空气更少,CMC材料有望在发动机的燃烧室内外衬套、第一级和第二级高压涡轮喷管等静子部件和第二级高压涡轮转子叶片上应用。

空客优化A330型客机推出区域型,进一步发力短途航线。用宽体客机代替单通道飞机,可以有效缓解机场拥堵。空中客车公司在不改变A330—300飞机结构的前提下,打造一款适合短途运营的宽体机—A330区域型,力图在短途航线上进一步挖掘A330的市场潜力。改进型将采用最新的驾驶舱和导航系统,包括双平视显示器、精密导航系统、冲出跑道防护系统等;优化发动机的推力,额定推力为30.9千牛,未来还可以降至29.1千牛,推力的降低,可以使发动机的维修成本降低5%,维修成本降低36%~40%;通过减少乘务员休息区和厨房,该机型两级客舱布局下座位数可以达到400座,采用业界最新的精薄型经济舱座椅,可使飞机的整体重量减少3.5吨。A330区域型定位与满足快速增长的新兴市场的需求。相对于A350WXB、A320neo等在研的新机型,空客的A330区域型交付速度有优势,最快可于2015年交付,能及时满足新兴市场的快速增长的迫切需求。

4.未来干线飞机需求维持上升态势

全球机队规模在未来20年将翻番。波音公司发布了2013-2032年全球干线飞机市场的展望报告,未来20年全球需要超过3.5万架新飞机,价值约4.8万亿美元(表3),客运量和货运量预计将年均增长5%。

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单通道市场是预测量继续增长主要驱动因素。得益于低成本航空公司和新兴市场用户的发展,该细分市场将需要24670架新飞机,占比70%;单通道飞机的市值将达到2.29万亿美元,占总市值的比重为47.3%;宽体机也在预测中占了很大一部分,小型宽体占据了宽体飞机的一半份额,宽体机市场将需要8590架新飞机,占比24.4%;由于宽体飞机的单价高,市值将达到2.47万亿美元,占总市值的比重为51%。部分受航空公司用新型高燃油效率飞机取代老旧机队做法的驱动。在地理区域层面,未来20年中新飞机的市场将更趋平衡。包括中国在内的亚太地区,交付数量方面将引领世界,未来20年的新飞机需求量为12820架,占比为36.3%;其次为欧洲,新飞机需求量为7460架,占比21.l%;接下来为北美地区,新飞机需求量为7250架,占比20.5%。

(二)支线飞机

尽管喷气支线飞机市场容量较小,可是却涌入了越来越多的竞争者,如三菱MRJ、苏霍伊SSJ100等。

1.庞巴迪订单量有所下降

庞巴迪在2013年共交付飞机238架,其中商用飞机55架;在2012年共交付233架,其中商用飞机50架。2013年,庞巴迪共收到81架商用飞机的净订单,2012年收到138架的净订单(表4)。庞巴迪由于喷气支线飞机的订单的减少,已经调低了其CRJ系列飞机的产能,并将关注的重点更多投向了其干线级飞机C系列上。

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2.巴西航空工业储备订单增长

巴西航空工业(简称巴航工业)在2013年交付了209架飞机,数量比2013年的204架飞机略有增长,但是其储备的订单价值增加到了182亿美元。2013年巴航工业共交付了90架商用飞机和119架公务机。其中第四季度分别交付了32架商用飞机和53架公务机。该公司称2013年储备了共计182亿美元的确定订单,而2012年储备的订单只有125亿美元。面对激烈的市场竞争,巴航工业进一步改进E-jet系列飞机。巴航工业于2013年1月宣布选定普惠“净洁动力”齿轮传动式涡扇发动机作为未来第二代E-jet系列飞机的发动机。该项目与2013年年底正式启动,将于2018年投入使用。第二代E-jet系统飞机将采用新改进的机翼,以及现代化的全电传飞行控制装置,同时对其他系统进行改进,大大提高飞机燃油效率,降低维护成本、排放及外部噪声。

3.部分支线飞机研制新进展

日本MIU项目第三次延期。2013年8月,三菱飞机公司宣布三菱喷气飞机(MRJ)的首飞时间将再次推后15个月到2015年第三季度,交付日期则推迟到2017年夏季。MRJ基本型包括90座级的MRJ90和70座级的MRJ70,每种基本型都有增程型和远程型,装配普惠公司最新推出的PW1200G齿轮传动发动机,采用罗克韦尔柯林斯公司的航电系统,富士重工参与机翼设计并制造。截至2013年7月,MRJ共获得了165架确认订单和160架意向订单。该项目在研制过程中,经历3次延期,首次延期于2009年9月,设计的更改是导致MRJ项目的延期的主要原因。第2次延期发生在2012年4月,研发进度滞后、制作程序存在不足、质量控制流程存在问题是此次延期的主要原因。第3次延期为2013年8月宣布,延期的原因主要包括3个方面:第一是适航取证难度巨大;第二是三菱飞机公司综合能力略显不足,前期只验证了部件制造的安全性,总装需要验证所有的制造程序都是安全的;第三是发动机研发可能延期影响了飞机的正常研制。

苏霍伊公司希望通过提高SSJ100的飞机产能,对其进行改进改型和扩大适航认证范围等一系列措施,以推动SSJ100飞机项目取得商业成功。尽管2012年5月SSJ100在印尼路演中发生了坠机事故,但在随后印尼国家交通安全委员会宣布人为因素是导致坠机的主要原因。俄罗斯国际航空公司和雅库特航空公司分别10架和2架SSJ100投入运营。SSJ100的发动机供应商土星科研生产联合体称,SaM146发动机的生产速度能够写SSJ100飞机的生产相匹配。公司在SSJ100原型机上完成翼梢小翼的安装,并开始飞行测试。风洞测试结果表明,安装翼梢小翼不但可以改善SSJ100的起降性能和巡航状态的性能指标,还将扩大飞机在炎热气候和高海拔地区的适应范围,降低局部噪声。在新机型的研制方面,苏霍伊民机公司目前正在考虑SSJ100基础型增加机身长度,将飞机座位数增至110—115个,可能在现有的SSJ100平台,研制新的装配其他发动机和采用新型复合材料机翼的120—130座飞机。SSJ100还在进一步扩大适航范围,准备完成国际民航组织ⅢA级,即垂直能见度不小于30米,水平不低于200米的降落标准的认证材料。

4.未来支线飞机交付量趋向平稳增长

庞巴迪宇航公司预计,从2013年到2032年,20至149座商用飞机的交付量为12800架,销售收入将超过6460亿美元。在60至99座飞机细分市场,支线喷气机的交付量为2950架,占60至99座飞机细分市场飞机交付总量的52%,价值为1050亿美元,涡轮螺旋桨飞机的交付量为2700架。在100至149座飞机细分市场,更高燃油效率且技术先进的飞机机型将推动市场需求。预计从2013年到2032年,这个细分市场的飞机交付量将达6900架,价值超过4600亿美元。

强劲的运输量需求、成长型市场不断扩大的中产阶级人口以及不断放宽的航线范围条款,是庞巴迪未来20年商用飞机市场预测数字背后的核心驱动力。尽管印度、中国、非洲和拉美等国际市场的需求将显著增加,但是北美在飞机交付量上仍是全球最大的市场,预计新飞机交付量为3710架,接下来是中国和欧洲市场,飞机交付量分别为2330架和1700架。

在未来20年里,技术陈旧和不断提高的燃油价格将是影响航空公司机队决策的最重要因素,另外,随着对更高成本效益和燃油效率飞机的需求日益增长,现有60%的商用飞机将在2032年前退役,多数退役的飞机为载客量较小的20至59座飞机。不过,随着全球对适合更大、更经济的60至149座飞机解决方案的新一代技术兴趣日益浓厚,以及发展中市场经济稳定增长,预计新飞机需求将保持强劲。

(三)公务机

1.全球喷气公务机持续低迷

2013年全球喷气公务机市场仍然复苏乏力,中低端喷气公务机市场需求大幅萎缩,大型喷气公务机的交付量呈上升趋势。根据航升咨询公司的统计,2013年新喷气公务机的交付量663架,与2008年的高峰时13000架相比,交付量萎缩了近一半。从交付的飞机机型来看。重型机( MTOW为22 680~36 287千克)的交付量呈现上身趋势,共交付224架,比2012年增长26%,占总交付量比重为33.8%。中型公务机(MTOW为14 967—22 680千克)的交付量为147架,占比22.2%;轻型公务机(MTOW为5987—9072kg)的交付量为107架,占比16.1%;中轻型喷气公务机(MTOW为9072~14 976千克)在喷气公务机市场上人气最旺,但近年来交付量在不断下降,\2013年共交付67架,比上年同期下降42%,占比10.1%(图1)。

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从公务机机队分析,截至2014年3月,全球喷气公务机数量约为19 000架。其中12 117架属于北美运营商,2649架属于欧洲运营商,拉丁美洲和加勒比海的运营商运营2342架,亚太地区的喷气公务机机队包括1034架飞机,非洲和中东则分别拥有喷气公务机415架和335架。在现役的喷气机机队中,赛纳斯公务机为6300架,位于榜首,古世界总机队33%的份额;庞巴迪公务机为4100架,占比22%;湾流宇航和比奇飞机公司均占13%的份额;法国达索公务机为1900架,占比10%。

2.公务机制造商掀起新产品研发热潮

尽管2013年的公务机交付数量表现一般,但随着需求逐渐转向巴西、印度、俄罗斯、墨西哥和土耳其等新兴市场,公务机制造商仍然对公务机市场需求有着良好的预期。为了在未来竞争中占据优势,制造商竞相研发了多款新产品,掀起研发热潮(表5)。

2013年5月庞巴迪在欧洲商务航空会议及展览会上首次公开“挑战者”300的改进升级型“挑战者”350项目,展示了机身段样机。该机型已实现原机型首飞,并计划进行后续适航取证工作。庞巴迪公司计划将该机型与G280等竞争机型相衡,保持300型飞机超中型飞机市场领导者的地位。达索公司飞机研制机型“多面开花”。2013年达索推出猎鹰5X新一代双发大客舱远程飞机。该机型飞机设计创造了多向业界之最,将成为市场上强有力的竞争者。2013年11月,达索宣布发起新款超远程喷气公务机“猎鹰”公务机,将与湾流G650和庞巴迪公司的“环球”7000与8000竞争,新机型的主要改进为机身加长,机翼改进,增大裁油量,换装大推力发动机。同时,达索仍然在继续原有机型的改进发展。猎鹰2000S和2000LXS于2013年3月取得EASA型号合格证,并开始交付。

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巴航工业对莱格赛450进行进一步改进和性能提升。客舱长度增加到7.32米,每个座位都能用折叠桌板。飞机增大载油量及最大起飞重量,可搭乘4名乘客和2名飞行员。该机与2013年12月首飞,将在2015年开始交付。巴航工业还推出了“世袭”1000E和2014版飞鸿100E两款改型飞机。“世袭”1000E主要改进是增大航程,重新设计的客舱,配备霍尼韦尔Ovation Select飞行娱乐和客舱管理系统。飞鸿100E的主要改进:更新客舱内饰设计,提供11种全新的可选布局,选配Premium座椅;新的标准地面扰流板,可以用作减升板,增大飞机着陆后的阻力。

赛纳斯在母公司德事隆集团的支持下,全面调整赛纳斯公司的飞机产品发展项目,全力发展喷气公务机新产品和升级老产品。包括“奖状”10、“奖状”M2、“奖状一君主”等3种升级型飞机,“奖状一纬度”和“奖状一经度”两个全新项目。2013年1月,“奖状”M2开始生产,8月完成适航取证并首次交付。“奖状一纬度”飞机研制过程中性能指标有所提升最大航程从3704千米增大刭4630千米,2014年2月,该机型完成首飞,并在第三次试飞中达到全包线性能,包括Ma0.80的最大速度、13716米的最大飞行高度。飞机在起飞总重13 154千克的条件下直接爬升到最大高度。

3.公务机市场仍有增长空间

庞巴迪公司发布的《2013-2032年全球公务机展望报告》中显示,未来20年,全球喷气公务机的交付数量为24 000架,交易金额达到6500亿美元(表6)。其中,2013到2022年将有9800架各型公务机实现交付,交易金额为2690亿美元;2023到2032年,这一数字将达到14 200架,交易金额为3810亿美元。公务机市场正在持续复苏之中。由于市场信心将逐渐恢复,飞机订单和存货将增加,而交付活动也将增加。庞巴迪预计,公务机交付数量到2016年会超过2008年这一交付历史定点。大中型公务机交付数量将会增加,而大型公务机的交付增速将会是最快的。报告认为,北美将成为新交付公务机的最大市场,2013到2022年将接收4100架,而2023到2032年将接收5390架;紧随其后的是欧洲市场,2013到2022年将接收1670架,而2023到2032年将接收2230架;中国有望位列第三,2013到2022年将接收1000架,而2023到2032年将接收1420架。

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(四)直升机

1.全球民用直升机交付量止跌回升

目前全球民用直升机保有量达到近3万架,平均每百万人拥有5架。2013年,全球民用直升机交付量为1117架,比上年同期增长7%;2013年民用直升机的交易金额为29亿美元,比2012年27亿美元增长7.5 %。其中涡轮直升机782架,比上年同期增长9.2%,交付量大幅提升,活寒直升机交付量约为335架,比上年同期增长2.1%。

(1)美国罗宾逊公司是活塞直升机市场领头羊

罗宾逊公司控制了活塞直升机90%以上的市场份额,旗下主要以设计生产R22和R44直升机,以及新型R66为主。罗宾逊2座的R22直升机主要用作教练机,保持了在相同重量等级内的包括速度、高度和距离的每一项性能记录。最新型的罗宾逊R22贝塔II仍然拥有在飞机行业内最实惠的价格和最低的操作成本。而4座的R44是一台四座,主、尾桨双桨叶,滑撬式起落架的轻型直升机。驾驶舱可容纳1名驾驶员和3名乘客,采用莱康明I0-540电喷发动机,速度更快,高度更高,承载更大。R66涡轮直升机是一种5座型的直升机,整合了罗宾逊直升机家族中著名的前任R44型,其中包括双叶型转轮系统,丁字架循环和开放的客舱配置设计等众多功能。2013年,罗宾逊公司交付了289架的R44、42架的R22、192架R66,与2007年最高峰值相比,交付量依然较少,但是已经连续4年保持了增长的态势。

(2)欧洲直升机公司更名为空中客车直升机公司塑造品牌形象

2014年,欧洲直升机公司经正式更名为空中客车直升机,空中客车直升机公司的产品命名和作用目前仍煞保持不变,这一更名凸显出空中客车集团极力打造空客品牌的重要性。

2013年,空中客车直升机公司交付367架民用直升机,在直升机市场上推陈出新的速度较快,既包括原有产品型号的升级,如EC145 T2/P2,也包括全新研发的型号,如与中航工业集团共同研发的EC175,以及准备替代EC155“海豚”直升机的X4。为了配合欧洲宇航防务集团(EADS)在2020年愿景中提出增加企业售后服务收入的目标,2011年,该公司收购了专注于航空维修的Vector Aerospace公司。

公司还在发展采用常规布局的新一代直升机X4,主要面向4~5吨直升机市场,将采用电传操纵系统等先进技术,首个型号采用PW210发动机,将于2017年投入使用。公司还将在2020年推出更为先进的衍生型号,该型号直升机将有望使用透博梅卡公司TM800发动机。

(3)美国贝尔直升机公司交付量大幅提升

2013年,贝尔直升机公司交付直升机213架,比上年增长13.3%,销量开始奋起直追。在20世纪90年代,贝尔在民用直升机的市场份额一度占到30%,但在最近几年中,贝尔直升机的市场份额大幅下滑至20%。主要的原因是贝尔公司对其民用产品的关注和更新速度放缓,如在其畅销机型贝尔407基础上的升级和换发机型贝尔417的“下马”;贝尔A609项目的股权出售给阿古斯塔·韦斯特兰;贝尔427的停产,替代机型贝尔429在经历两年的推迟后开始进入市场,面对空中客车直升机公司的EC135的强育力竞争,2013年EC135销量逐年上升。

贝尔公司已经开始加强对新产品的关注。2012年,公司公布了贝尔525的研发计划,这是贝尔公司研发的最大的民用直升机,将安装CT7-2F1发动机,并将定位为“超中型”中的最高端,预计将于2015年进入市场。

(4)中国航空企业并购恩斯特龙直升机公司

恩斯特龙( Enstrom)直升机公司原是美国五大直升机制造公司之一。该公司成立于1959年,总部在美国密歇根州梅诺米尼市,致力于轻型直升机的设计、生产,研发活塞式和涡轮式直升机的著名美国直升机制造商。2013年,重庆直投收购了恩斯特龙100u%的股权。这是中国航空企业首次成功并购欧美发达国家的知名直升机整机制造企业,对于促进通用航空产业快速发展具有十分重要的意义。2013年,该公司直升机的交付量为17架(表7),交付的主要飞机型号为F-28/280和480系列直升机。

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2.创新推动直升机发展

随着新技术、新材料、新工艺的快速发展,新型直升机的研制周期已压缩至5—7年。直升机制造商在用现代新技术不断改进现有布局直升机性能的同时,也在寻求能突破传统旋翼机性能局限的创新技术、设计和思想。

(1)先进的旋翼机全机气动布局

先进的旋翼及全机气动布局可有效改善直升机的悬停/巡航效率,降低飞机阻力和油耗,旋翼功率提升量和节省的燃油重量都将直接转化为直升机有效业务载荷。高性能的翼型和新型三维旋翼翼尖不断出现并应用,使直升机的旋翼性能得到进一步提升。如西科斯基公司的SC1095翼型、S-92的SC2110翼型,波音公司的VR系列翼型,欧直公司的OA3/OA4翼型代表了目前的旋翼翼型设计的先进水平。随着计算流体力学等先进的气动分析工具的广泛应用,可部分替代成本昂贵、周期长的风洞试验,有效地降低了翼型配置优化设计的成本。

(2)噪声抑制技术

国外直升机研发机构非常重视直升机降噪设计技术的研究,制定了大量的直升机旋翼降噪研究计划,其中对直升机被动降噪技术研究的包括了直升机噪声的理论分析方法,旋翼降噪气动设计方法、旋翼噪声风洞试验研究等,具体的研究项目包括:空客直升机公司的“先进技术旋翼项目”( ATR)、“直升机环境友好飞行路线项目”、欧洲宇航研究中心的“旋翼气动噪声优化项目”( ERATO)、日本川崎工业公司的“通航直升机先进技术项目”( ATIC)、美国NASA的“亚声速旋翼计划”(SRW)、日本宇航探索机构的“应用三维自适应导航的操纵新概念项目”( NOCTARN)等。

(3)有效控制机身自重

控制直升机机身重量可直接提升直升机的有效商载,其提升量相对于高原直升机有限的业载水平更具有意义,目前国外控制机身重量技术主要体现在:机体机构采用先进的轻质材料替代传统的金属材料;进行整体化设计及制造,减少零部件和紧固件数量;积极推进综合优化设计方法,从结构构型层面提高减重效果。如AW101大型直升机的主承力结构采用铝一锂合金,相对于传统的铝合金减重15%;NH90采用全复合材料机身,零件和紧固件数量减少了近50%,重量减少了约20%。

3.直升机市场未来五年需求预期向好

霍尼韦尔航空航天集团发布《涡轮动力民用直升机采购展望报告》预测,2013至2017年,全球民用直升机新机交付量将增至4900~5600架。2013- 2015年的新机交付量预计将达每年1000架。若经济持续复苏,2016- 2017年也呈现同等预期。全球市场对新涡轮动力直升机的5年需求几乎被美国和世界其他地区各占据一半。在所有地区中,拉美和亚洲更换和扩张机队的预期依然最高。在地区性的新直升机预期需求方面,拉美和亚洲紧随此美和欧洲之后,并列世界第三大地区市场。该预测显示,全球各地区的新直升机采购计划均有上升。其中,北美采购计划近五年来首次上升,北美和加拿大的五年期需求占全球总需求的27%。欧洲的5年期需求接近北美,占全球总需求的28%。亚洲和大洋洲的五年期需求占全球总需求的19%,非洲和中东的占比略高于6%。推动新机预期采购量上升的因素包括:直升机的使用年限和状况、合同要求、运营需求的改变、保修期期满以及要求配备双引擎的监管规定。

未来5年内更换新直升机的运营商将“现有飞机的使用年限”或“飞机更换周期将至或更换周期缩短”列为决定更换直升机的主要原因。一旦运营商决定更换一架现役直升机或进一步扩大直升机运营,航程、机舱尺寸、可靠性、安全性、热/高度性能等指标和品牌体验将对品牌/型号的选择产生重大影响。针对机队5年内的更换和扩展,轻型单引擎直升机仍是最受欢迎的产品类别,相较于采购意愿较低的欧洲,拉美和亚洲地区,北美仍是轻型单引擎直升机采购意向最高的地区。中型双引擎直升机是第二类受欢迎的产品,中型双引擎直升机在中东/非洲、亚洲和拉丁美洲的需求最高。在亚洲和中东/非洲所有提及的品牌/型号中,有30%—40%是中型双引擎直升机。轻型双引擎直升机也占到了运营商采购计划总量的25%,轻型双引擎飞机在欧洲最受欢迎,而在亚洲和美洲的受欢迎程度较低。在欧洲,轻型双引擎飞机在所有被提及的产品中占37%。重型多引擎直升机的关注度比2012年略有下降。由于其较高的成本和专用性能,此类直升机在整体采购计划中通常占比很小。2013年,此类直升机的采购意向下降了1个百分点。在这个类别中,俄罗斯型号占采购计划的一半以上。

三、世界民用航天业发展动态

(一)世界主要国家民用航天业发展态势

1.美国航天业略有下滑

据美国航空航天工业协会( AIA)发布的报告,2013年美国航空航天工业的销售额约为2201亿美元,略低于2012年的2220亿美元(图2)。受预算自动减支的影响,就业岗位按计划减少了13000个,从业人员下降为61.82万人。但航空航天业的出口保持增长态势,出口额增加了125亿美元,贸易顺差从2012年的657亿美元增加到2013年的735亿美元。2013年航天销售额下降了3.5%,减少了16.2亿美元,为447.9亿美元,主要是美国国防部航天支出减少。但2013年成功完成了NASA的商业轨道运输服务项目,2家供应商向国际空间站提供了商业货运服务。

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美国在研制数量、所属数量以及航天器质量方面依然保持领先地位。2013年美国航天器发射次数为19次,美国持续保持所研制的航天器升空数量第一,2013年更是高达89个,是2012年(30个)的3倍,主要来自空间科学与技术试验类的微、纳卫星数量的增长,也是推高全球航天器发射数量的主要驱动力。在人造卫星方面,美国成功发射了首颗第三代跟踪与数据中继卫星——跟踪与数据中继卫星K,它具有增强的Ka频段中继通信能力和灵活性,可提供更高的数据速率,能同时提供4个频段的服务能力。在载人航天方面,2013年美国多次进行机器人燃料加注任务试验。美国希望通过发展机器人在轨服务能力来开展空间设施维修或为卫星加注燃料,增加卫星寿命。在空间探测方面,美国成功发射月球大气和尘埃环境探测器。它用于研究月球的大气及月球表面的粉尘作用,对高速率激光通信系统进行测试。

美国航空航天局( NASA) 2012年12月5日签署了《战略太空技术投资规划》(SSTIP),并在2013年2月11日正式发布。这份综合性战略规划指出了对于NASA任务和实现国家目标至关重要,需要优先发展的太空技术。新发布的这份规划基于4个支柱系统的目标,确保NASA投资使得关键的参与者、其他美国政府机构、私营企业和国家经济实现利益最大化。NASA将继续为发展国家创新概念投资,为未来任务和为商业领域带来利益提供转型技术和共性技术突破。

2013年11月,美国发布了新版《国家航天运输政策》,旨在对相关政府部门和机构提供航天运输方面的全面指导,确保美国继续保持在航天运输领域的地位。美国曾于2004年12月21日发布首版《美国航天运输政策》,为美国航天运输计划和活动确定国家政策、指导方针和执行行为,目的是确保美国在以国家和领土安全、民用、科学和商业为目的的空间活动中保持进入和使用空间的能力。时隔9年,美国根据国内航天运输业发展的新情况,发布新版的《国家航天运输政策》,目的是确保美国继续保持在航天运输领域的主导地位,进而维护美国的国家利益。与上一版相比,新版《国家航天运输政策》主要增加了航天发射场和国际合作等内容。整体而言,它有以下四个显著的特点:更加注重商业航天运输能力的发展;重申确保美国进入太空的重要性,改善现有/未来航天运输系统;重视技术创新和新能力的构建,将探索目标延伸至深空;开展国际合作,但有严格的限制和约束条件,本质上是开展由美国主导的、符合美国出口管制政策的和满足美国国家利益诉求的国际合作。

2.欧盟民用航天保持稳步发展

根据欧洲航空航天和防务工业协会( ASD)年报,2012年欧洲航空航天产出为1380亿欧元,比上年同期增长12.9%,其中航天工业产出为105亿欧元,比上年同期增长7.1%;航空工业产出为1275亿欧元,比上年同期增长13.4%;2012年欧洲航空航天和防务工业的就业人数总计75.2万人,比上年同期增长2.6%;其中航天就业人数约占5%,航空占据最大比重为66%,防卫就业人数占比29%。航天航空从业人员中,一线生产人员约占据60%,研发人员占比16%,管理人员占比7%,其他人员占比17%。可见,欧洲的航空航天工业是继美国之后的第二大集团。

2013年欧洲航天器发射次数为7次,发射航天器为15个。2013年,欧洲在航天领域取得的成绩虽然不如美国、俄罗斯,但是欧洲充分发挥了集体优势,在某些领域取得不俗成绩。欧洲成功发射阿尔法卫星。该星重约6.65吨,是欧洲研制的最大、最复杂的通信卫星,首次应用的阿尔法卫星平台也是目前世界最大的卫星平台,该星可提供12—22千瓦功率,最多可带190台转发器。在载人航天方面,欧空局成功发射了有史以来最重的货运飞船——自动转移飞行器-4,发射重量近20.2吨。同时,欧洲在2013年进行了多次商业发射,再一次证明阿里安火箭还是当今世界上最好的火箭之一。

英国航天局发布《国家航天技术计划》,开展创新发展战略工作。英国航天局1月24日公布了“国家航天技术计划”( NSTP),将额外投资2500万英镑(约合3950万美无),进一步促进英国航天领域的发展。这笔经费将用于推动利用航天技术研制商业产品,以及充分应用天基系统的数据提供服务。“国际航天技术计划”将与英国航天局的其他项目共同发展,与学术界、工业界和公共领域的合作伙伴共同开展合作。NSTP的目标是将英国技术推进至更高一级的技术成熟度(TRL)。这将为英国工业加速创新、扩大商业航天市场销售的能力提供支持,巩固英国在未来国际航天计划中的优势地位。

2013年,法国国家空间研究中心( CNES)发布其了2020年愿景。CNES是创新工作的关键驱动因素,其2020年愿景将规划未来发展道路,其目标是要保持一个无可争议的基准,为法国和欧洲的空间政策设立标准。根据愿景,CNES仍将投资领域放在其重点研发的五个战略领域内,即“阿里安”火箭、科学研究、对地观测、通信和国防领域。在法国本土,空间领域创造了16 000个就业机会。在法属圭亚那中心,航天产业直接和间接创造了9000个职位,占当地就业比例的15%。

3.俄罗斯政府投入带动航天业增长

2013年12月2日,俄联邦总统普京批准了2014年、2015年、2016年俄联邦预算法。根据官方公布的资料,俄罗斯未来3年的航天预算总量分别为1781.09亿卢布、2024.74亿卢布、2011.57亿卢布(表8)。航天预算主要用于实施5令计划,包括3个联邦专项计划:2006-2015年联邦航天计划,2012- 2020年维护、发展和利用GLONASS系统和2006- 2015年发展俄罗斯航天发射场,以及2个俄罗斯航天活动联邦国家计划的子计划:导弹航天工业的优先创新计划和保证国家航天计划实施子计划。俄罗斯政府为实施2020年前俄联邦航天活动国家计划将为航天拨款共1.9万亿卢布。其中:“联邦航天计划”拨得1.189万亿卢布,“GLONASS计划”拨得3018亿卢布,“发展俄罗斯航天发射场计划”拨得2521亿卢布。此外,3个计划的预算外拨款总量将达819亿卢布。

 

 

 

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俄罗斯虽然在航天器发射数量上继续保持世界第一,但依旧没有摆脱发射失败的阴影。2013年,俄罗斯航天器发射次数为33次,发射航天器为89个。在载人航天方面,除货运飞船外,俄罗斯载人飞船于2013年起也开始采用快速对接模式,即升空6小时以后飞船与国际空间站自动对接,而以前需要2天。在商业发射方面,2013年2月1日,俄罗斯海上发射公司用天顶-3SL火箭发射国际通信卫星-27时失败。失败原因是火箭第一级段液压泵失灵。值得注意的是,2013年俄罗斯国际商业发射成绩显著。第聂伯火莆发射的32颗卫星中就包括韩国、意大利、日本、南非、阿拉伯联合酋长国等国家的载荷。

俄罗斯调整航天业组织管理体系。2013年12月2日,俄联邦总统普京签署“关于导弹航天工业管理体系”的第874总统令。根据该总统令,俄航天领域成立一个超大型的开放式股份公司——“联合火箭航天集团”( ORKK),航天工业大部分企业都将加入ORKK。此举标志俄罗斯航天改革迈出了重要一步。航天机构改革后,俄罗斯联邦航天局保留,但职能有所转变,实际上失去了对企业的管理权,负责制定航天领域的国家政策和充当国家订货人的角色。根据总统命令,未来俄罗斯导弹航天工业管理体系将分成两个部分。一部分为俄罗斯联邦航天局,其主要职责是监督国防订货的完成,制定、协调国家航天政策,选拔训练航天员,组织技术开发,完成为满足科学和社会经济目的的飞行试验,保证航天器的发射。航天局将保留若干个研究所、发射场和地面空间基础设施部门,预计人员规模从目前的200余人增加到450人左右。另一部分则为新成立的联合火箭一航天集团,该集团将整合导弹航天领域的研制和生产部门,包括俄政府全资的20多家企业机构、拥有部分股权的23家企业机构,这些企业机构的专业方向基本覆盖了航天活动及弹道导弹研制生产的所有领域,将构成俄导弹航天工业主要力量。其积能是作为主承包商,集中力量完成国防订货。俄罗斯政府希望通过此次改革,优化航天领域的结构、改变管理模式、节约成本、提高效率,最终希望此举能使航天工业摆脱低谷,重振航天大国的雄风。

4.日本航天业投入获得大幅提高

日本内阁府宇宙战略室于2013年1月底公布了于2013年4月1日起正式执行的2013财年航天开发预算,其总额达3512亿日元。这是日本的航天开发预算连续4年下降后的首次增加,也是增加幅度最大的一年,比2012财年增加了17.9%,多达532亿日元(图3)。

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日本申报航天开发预算主要分布在内阁官房、内阁府、警察厅、总务省、外务省、文部科学省、农林水产省、经济产业省、国土交通省、环境省和防卫省等11个省厅,但文部科学省、防卫省、内阁官房3个省厅的预算占据总预算的9成。其中,文部科学省为1884.99亿日元,占航天总预算比重为53.7%,分别作为拨给宇宙航空研究开发机构支配资金(1155.78亿日元)、宇宙航空研究开发机构辅助金(710.78亿日元)和文部科学省支配资金(18.74亿日元)。防卫省投入704.50亿日元,占航天总预算比重为20%,其中包括完善X频段通信中继功能和推进其运营事业等内容的卫星通信利用的预算费用234.00亿日元;商用图像卫星的利用等预算费用95.61亿日元;为强化太空利用C41SR功能所开展调查和研究的预算费用11.56亿日元;弹道导弹防御(MBD)(与航天有关部分)预算费用,363.23亿日元。内阁官房投入622.35亿日元,占航天总预算比重为17.7%,主要用于”情报搜集卫星”开发及其相关项目。

2013年日本在航天领域取得的成绩引人关注。2013年日本航天器发射次数为3次,发射航天器为8个。2013年8月4日,日本第四个H-2转移飞行器升空。它携带了约5.4吨物资,其中包括能用日语会话的小型人形机器人基博,协助航天员接受地面的指令。9月14日,日本首枚新型固体运载火箭埃普西隆成功发射了行星分光观测卫星。该火箭近地轨道运载能力为1.2吨,发射前可自动检测,具有发射简易、机动性强、成本低廉等特点。

自从2012年10月日本首次利用小卫星释放装置( J-SSOD)从“国际空间站“希望号日本实验舱( JEM)上释放小卫星之后,2013年日本再次实施了空间站卫星释放任务,在空间站上释放了4颗立方体纳卫星。空间站用于卫星释放,可充分利用有人参与的优势,在站上进行测试和一定程度的维修,甚至在站上根据需求进行组装。

日本发布《宇宙基本计划》,对航天基本计划作出重大调整。2013年1月,日本内阁发布指导未来5—10年日本航天发展的《宇宙基本计划》。2013年《宇宙基本计划》是2008年日本修订《宇宙基本法》以来,发布的第二版《宇宙基本计划》。新版《宇宙基本计划》提出扩充强化卫星侦察监视能力,加快对大数据的传送,提高图像分发和研判能力;研制发展专用军事通信卫星,改变目前自卫队全部依靠商用卫星提供军事通信服务的现状;建成覆盖本土与周边地区的导航卫星星座,推进下一代导航卫星相关技术的开发。在空间运输领域,提出要巩固并强化日本运输能力,增强自主性。同时涉足空间对抗领域,在已有的空间机器人基础上,提出要抑制和减少空间碎片。

(二)民用航天业重点领域发展动态

1.卫星服务业

2013年6月,美国卫星产业协会( SIA)公布了第16版卫星产业状况年度报告。全球卫星服务业在2012年收人为1135亿美元,占整个卫星产业比重为60%,增长率为5%,略低于2011年6%的年增长率(表9)。全球消费者服务行业收入2012年增至933亿美元,增长了5%。消费者服务行业是卫星服务业总体收入中最大的一部分,包括卫星电视、无线电广播和宽带。卫星电视服务(直播卫星DBS/直播到户DTH)占到所有卫星服务收入的80%以上,占消费者服务收入的95%。受新兴市场增长的推动,卫星付费电视订户增加了4%,全球订户总数超过1.6亿户。卫星电视服务全球收入中有40%来自美国。卫星无线电广播(DARS)收入2012年增长了13%,订户增加了9%,达到近2400万户,主要是美国用户群体。卫星宽带服务收入从2011年的12亿美元增长至2012年的15亿美元,订户数量增加了10%,使订户总数超过了100万户。2012年原有品牌宽带服务的订购有所增加,且又有几项新服务投入使用。固定卫星业务增长了4%,其中转发器协议收入增长了3%,延续了近年来的稳定增长态势;管理服务收入增长了7%,略低于上年10%的增长率。移动卫星业务增长了3%,其中移动卫星语音收入与上年持平,移动卫星数据收入增长了5%。遥感收入增长了20%。美国政府开支推动了这一增长。

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2.卫星制造业

全球卫星制造业收入增长23%,从2011年的119亿美元增加到2012年的146亿美元。虽然收入有所增长,但是2012年全球发射的卫星数量只有81颗,比2011年的80颗有所减少。收入的增长主要来自更多更高价值卫星的制造收入。美国卫星制造收入增长了31%。美国企业制造了2012年所发射卫星的1/3,却占了全球卫星制造业收入的近60%。美国卫星制造收入有61010来自美国政府。2012年发射的航天器有32%由美国制造,中国、欧洲和俄罗斯分别占23%、22%和16%。

卫星制造领域的两项创新技术,即大吞吐量卫星( HTS)和全电推进。大吞吐量卫星综合采用几项技术来大幅提高效率,包括频率复用、点波束和旨在最大限度利用可用频谱的星上处理技术。已经订购和/或正在建造的大吞吐量卫星有22颗,目前在轨工作的有18颗。全电推进可明显减小卫星重量,但需要花更长的时间来实现最终定点。2012年首次出现了全电推进商业静地轨道通信卫星订单。

3.发射服务业

2012年全球商业采购发射服务业收入为65亿美元,同比增长35%,而2011年的增长率只有10%。政府发射需求在2012年仍是收入的主要推动力,占全部商业采购发射收入的64%,而201 1年政府用户收入占商业采购发射总收入的59%。美国在所有以商业方式采购的发射次数中所占的份额最大,几乎全都来自美国政府卫星的发射。以商业方式采购的发射次数依旧保持相对稳定,2012年进行了52次,而2011年为56次。2012年共签订了25个商业有效载荷的发射订单。美国公司赢得了8份有效载荷发射订单,高于2011年的3份。欧洲在商业发射订单数量中所占的份额依然最大,拿到了11份订单。俄罗斯和中国各拿到了2份订单,印度和多国公司各取得1份。

4.地面设备制造业

2012年全球地面设备制造业总收入增长4%,涨幅略高于2011年的2%。网络设备(包括VSAT和其他终端)销售收入在2012年增长17%,而2011年的增长率为9%。2012年卫星导航设备收入占全球地面设备制造业总收入的将近60%,独立的GPS设备的销售量(个人导航设备、车内导航系统、船只跟踪设备和精确测量仪器)正在减少,而嵌入式芯片销量正在逐步增长。

四、民用航空核心设备技术发展动态

(一)民用航空发动机

1.齿轮传动风扇发动机将用于宽体飞机

齿轮传动风扇( GTF)可以提高发动机的涵道比,降低油耗并减少污染排放,2013年11月,欧盟启动一项新的航空发动机技术验证计划——发动机单元体验证机计划,将发展涵道比在12—20之间的超大涵道比发动机的低压系统,其中包括齿轮传动风扇和总压比在50—70之间的无齿轮传动涡扇发动机,该计划验证的技术将于2025年以后投入使用。

2013年7月,普惠公司公布了到2025年发动机燃油消耗比现役发动机降低20%—30%的技术发展路线图。下一代GTF发动机所发展的宪进技术包括先进的气动设计技术、重量轻的风扇转子以及冷却技术一总压比超过60的核心机,主动燃烧控制、涡轮新材料及冷却设计技术。普惠正在研究性能与陶瓷基复合材料( CMC)材料性能相近但成分不同的材料,并已进行了子系统级的验证。

2014年2月,罗尔斯一罗伊斯公司披露了将于2020年以后投入使用的民用涡扇发动机技术发展路线图,将分两步走,先后发展新型高效率和环境友好的三转子民用航空发动机Advance和UltraFan。Advance发动机是遄达发动机的改进型产品,新发动机首次对三转子发动机的核心机结构进行了改进,高压涡轮改为2级,中压涡轮从遄达XWB发动机的2级减为1级。第3代碳一钛复合材料将用于先进低压系统、风扇包容系统、径向传动轴、后机匣和发动机附件机匣上。其他先进技术钛一铝涡轮叶片,改进盘防护设计以阻止热空气进入发动机环控,高展弦比的叶片设计以及动态密封、混合陶瓷轴承、轻巧的自适应系统、第5代三维气动设计涡轮叶片和主动控制冷却空气的射流切换阀等。UltraFan发动机是罗尔斯一罗伊斯公司首次在大型涡扇发动机上采用齿轮传动风扇系统,改型发动机保持高效的高压转子和传统的中压转子不变,在中匝压气机和风扇之间增加了一个齿轮系统。UltraFan可能采用可变螺距的风扇叶片系统,这种设计可保证风扇转子的足够刚性,并可取消发动机的反推系统。

2.基于排放要求的民用发动机设计改进

由于发动机排放标准的逐步提高,各大发动机公司发挥各自的优势,对发动机及燃烧室进行技术改进。

通用电气优化设计高压压气机和高、低压涡轮,采用双环预混旋流燃烧室技术;罗尔斯一罗伊斯公司的三转子技术和贫油燃烧室;普惠公司的齿轮传动技术和泰龙燃烧室。这些发动机公司有个相同的设计趋势,就是提高涵道比和总增压比,例如,GEnx发动机的涵道比为8.6,总增压比为47;遄达1000的涵道比为10.8—11,总增压比为52.1; GP7200的涵道比为8.7,总增压比为44,各种设计改进均在减排的同时降低了油耗。

发动机燃烧室作为生产所有排放气体的场所,是降低排放的关键,因此燃烧室的设计就成了核心问题。通用电气的TAPS燃烧室、普惠公司的TALON燃烧室还是罗尔斯一罗伊斯公司的新型燃烧室,其减排的核心技术就是贫油燃烧。燃烧室选择可以包括贫油燃烧阶段或淬熄式燃烧,贫油燃烧阶段可以减少超过90%的氮氧化物排放。分段燃烧的设计理念是解决低氮氧化物排放的燃烧室设计核心。在这种燃烧室半径和圆周杯状部分分段燃烧,主要是贫油燃烧,还缩短了燃烧室腔的长度,减少了驻燃时间,同时火焰低温是氮氧化物的排放减少了30%。

3.可调动叶风扇技术新进展

变几何喷管可降低风扇出口背压,适应民用发动机涵道比逐渐增大的趋势。但是这种系统存在重量大、紧凑型不足的缺点,为此,旋转合成技术公司提出了一种新型的重量轻、高紧凑可调风扇。

与常规风扇相比,可调动叶风扇需要一套调节系统,包括风扇叶片的支撑机构、驱动机构和与之相适应的流道保持结构。该公司设计的风扇可调机构中,创新性地引入了高强度复合材料皮带,通过皮带的拉伸、扭转,实现可调。这种结构未采用大型球轴承,尺寸和重量均较小,可在不改变现有涡扇发动机总体结构希局的情况下,安装在中心椎体内。皮带机构的采用,不仅可以减少角度改变时的负荷,而且通过调整皮带连接点,可以在角度控制出现故障尤其是在驱动系统出现反转的情况下将叶片维持在一个安全的运行角度。为实现动叶可调,采用了特制风扇叶片,该风扇叶片根据沿轴向留有销孔,销钉穿过销孔将叶片与支撑架联在一起。另一个重要部件是风扇金属支撑架,该支架主要用于传递径向载荷,并支撑组成叶片流路的金属面。

4.涡轮冲压组合发动机面临关键设计技术挑战

涡轮冲压组合发动机是实现高超声速飞行的关键动力装置,其中高速涡轮发动机是技术研究重点。由于变循环涡扇发动机结构复杂,技术难度较大,发展成本较高,国外在涡轮冲压组合发动机的原理验证方案研究中,大多选择成熟的涡喷发动机,并且主要验证目标是涡轮发动机与冲压发动机的模态转换过程特性。

进气道是涡轮冲压组合发动机的关键部件,必须在很宽的飞行马赫数范围内进行高效的压缩,进气道的主要目标是,在制定马赫数条件下发动机自启动时,尽量减少总压损失、阻力、气流畸变。涡轮冲压组合发动机的高速燃烧室可能需要喷射气体,低速燃烧室则可能是喷射液体,因此转化和火焰稳定是一个难题,需要性能更好的吸热型燃料井采用燃油冷却。燃烧室壁面上容易出现结焦,因此长时间飞行任务需要采取措施去除焦炭。高马赫数飞行时的热环境带来严峻挑战,气流的滞止温度很高,而气流在进入压气机前又必须减速,这导致压气机进口温度相当高,为保证发动机部件的寿命和耐久性,压气机和燃烧室的材料必须耐高温,从高温压气机引出的空气也需要冷却后才能有效地对涡轮、盘和轴承进行冷却。在高温条件下,现有轴承、润滑和密封技术都难以满足,必须发展耐高温密封技术。

(二)民用航空机载设备

1.以基于模型设计应对机载软件设计挑战

传统的机载软件流程过于粗放,采用基于模型设计( MBD)构建详细的可执行流程,并配合相应的工具集成与订制,这是改进机载软件设计工作中的重点和难点。MBD是开发复杂控制系统和嵌入式系统的有效途径。

迈斯沃克( Math Works)公司为MBD提供了完整的MATLAB/Simulink工具链,霍尼韦尔和贝尔直升机等航空企业在飞行控制系统、发动机控制系统以及机载航电系统的设计中已有采用。MBD包括4个关键要素:可执行的需求描述、仿真环境下的设计、由模型自动生成的代码和贯穿始终持续性的验证。不仅局限于基本的设计范畴,已经扩展到实施甚至验证的范畴。完整的MATLAB/Simulink工具链不仅是仿真工具,而是涵盖了建模、仿真、代码生成、验证与确认、项目管理、文档管理、工具定制和适航认证等多种功能的全流程综合性系统设计平台。

2.达索系统助推航空航天数字化

航空制造企业面临日趋激烈的市场竞争,利用数字化研发和生产技术提升航空企业核心竞争力尤为重要。

达索公司于2012年推出了最新版3D体验平台,它可提供整体的达索系统仿真生命周期管理功能,改善大数据的访问,提高新型复合材料设计能力,为供应还是那个提供安全的交流群,并支持新的产品数据交流标准。达索公司和巴航工业就飞鸿和莱格赛500公务机的设计与刮造共同提出了两项新的方案,首先是建立数字工厂。该工厂运用CATIA和DELMIA进行虚拟设计、生产和制造,借助ENOVIA协作平台进行飞机的工艺规划和制造仿真,最后通过3DVIA发布最终计划并上传到网络。工程人员可借助计算机和平板电脑来访问设计数据和工作指令,这些数据是基于模型设计的3D主源数据,将被用于生成产品信息。其次是建立制造执行系统( MES),位于不同地点的员工和供应商借MES系统可以实时访问最新的3D模型和指令,确保最终产品和指令集的准确性。通过将设计和制造过程融入统一的3D模型,巴航工业大幅提高了工作效率,缩减了研制成本。

3.避免发生翼梢碰撞的低成本雷达系统

航空剐蹭/碰撞事故已经成为航空业一个亟待解决的问题。霍尼韦尔近期验证了一种基于汽车型雷达的技术,可以避免飞机在停机坪停放或移动时翼梢与其他飞机或障碍物发生碰撞事故,有助于维持机场的正常运营,减少不必要的停机或维修成本。

2013年12月,该公司公布了多项专利申请,描述了这种装在增强型近地警告系统上的机场地面防撞系统。所有的探测是由装在每个翼梢和垂直尾翼顶部导航灯舱的雷达传感器完成。视觉警报在飞机遇到障碍物时,会在电子飞行包或驾驶舱显示器上以高亮的方式显示飞机翼梢部分;听觉警报则是从现有EGPWS发出“嘟嘟”声,并随着障碍物越来越近不断增加声响频率,直至最后转变成连续的警报声,也可能是发出“左”或“右”的声音,来提醒驾驶员避开障碍物。这些信息同时也将通过导航灯上的无线发射器发送给地勤人员以示警告。该系统还能显示包括在EFB或飞行显示器上显示一个飞机平面图,从两个翼尖向外扩展的可视范围是可调控的。

4.航空激光雷达技术将出现新突破

美国国防预研局( DARPA)的研究人员对新的二维光学相控阵列(OPA)进行了验证。该芯片将4096个纳米天线集成到一个硅基底上,相当于针尖大小。该技术有助于解决目前激光雷达探测速度慢、体积大、准确性低等问题,从而使激光雷达产生革命性进步。

2012年9月起,DARPA开展“激光雷达技术”(LRT)项目,旨在突破激光雷达的探测器阵列技术,新探测器阵列能够探测不同发射波形的光反向射体,有定向和相干双工作模式。采用OPA芯片的激光雷达具备多功能、低成本、小型化、高稳定性、低功耗等特性,可以实现三维成像以及系统的小型化、集成化。其物理结构决定的降级重构能力,使之具有其他光速偏转技术不可比拟的高可靠性。OPA还可与无源捕获传感器组合,构成多种相控阵激光雷达。但是,OPA技术仍处于发展阶段,尚不能满足相控阵激光雷达实际工程需要,还有一些方面需要改进。如在材料方面,寻求具有较大双折射效应、响应速度快、热稳定性高、耐强激光、对中长波和紫外波段具有较好透过率的高性能电光材料;在软件方面,需要极高速的信号处理器件;要进一步研究消除栅瓣的光学孔径技术,实现大角度、准连续、高光束质量的光束扫描;光学集成到单独一块微型二维芯片上,实现新型传感与成像能力;以及开发容纳大量纳米天线的设计。

(三)民用航空制造技术

1.低阻支撑机翼计划取得阶段性成果

长而薄的大展弦比机翼可以增加升力,减少升致阻力,从而大幅度提高飞机的气动效率,节省燃料,减少排放。NASA的N+3代科技(2030- 2035年服役)规划,在2010年拨专款给波音公司领导的亚声速超绿包飞机研究( Sugar)项目,其中就包括对支撑机翼(TBW)在内的一些飞机技术进行详细研究。

在Sugar研制计划的第一阶段,波音公司已经通过计算流体力学(CFD)软件对机翼、撑杆的重量以及它们之间的气动干扰进行了优化,证明了公司的TBW设计确实可以加长机翼翼展、显著提高飞机升阻比。在Sugar研制计划的第二阶段,波音公司进行了更高保真度的分析,用更细微的有限元结构模型作出了结构详细设计,并在NASA兰利研究中心的跨声速动力学风洞(TDT)中进行了气动弹性相关的风洞试验。波音公司将在2014年完成第二阶段的研制工作,包括更新技术路线图,以及根据NASA在2010年提出的N+3第一阶段的建议,完成更多的风洞试验和机翼设计工作。波音计划将Sugar Volt概念中的混合动力技术与TBW进行综合试验。混合动力中的燃料动力可以使用现有发动机,将TBW技术应用到不同尺寸客机的设计中。

2. 3D可视化工具助力航空制造

虚拟现实技术现已广泛应用于航空制造业,但是大多数处于初级水平。罗克韦尔柯林斯公司新近开发了低成本的3D可视化系统——虚拟产品模型(VPM),可以替代原型机,帮助设计人员评审航电系统硬件设计的实际可用性。

该系统以一种低成本的方法,从计算机辅助设计( CAD)系统中获得产品数据,并将数据转换为3D格式,置入一个虚拟环境中。使用3D眼镜和运动捕捉系统,工程师可以操纵航电机箱的虚拟模型,从各个角度进行检查,以确保它可以在工厂制造或在外场修理。系统还可以实现一些独特的功能,包括“增强现实”模式,它允许用户改变3D模型的尺寸,操作者的手被视为代表,它的运动被摄像机捕获下来,帮助发现潜在的可达性问题。VPM系统目前已经在日常的设计中广泛采用。大量的设计已通过验证,使用虚拟3D模型确定可制造性问题所需的时间大为减少。

3.面向未来的自动化机器人技术

空客从A380的生产过程中发展出了“数字工厂”概念,在A350项目上空客进一步拓展了这一概念,采用了更加先进的技术和自动化设备。

为了提高交付速度,改善产品质量,空客制造翼面根部的VTP加强件的工艺,由过去的手工完成,改为自动化生产流程。采用自动化的树脂传递模型( RTM)工艺每年可生产5500个加强件,在接高产品质量的同时将缴获时间减少了50%。空客采用的另一个自动化系统是名为“灵活钻头”的爬行机器人钻铆机,它是一个可以在机身上“行走”的小型机器人。这种小型机器人由西班牙专业制造设备生产商开发,通过脚下的吸盘,可固定在某一位置钻孔并铆接,完成以后解锁,然后以每分钟3.5毫米的速度移动到下一位置。这个机器人在每架机身的第19段隔框上钻孔达8500个。该机器人能够在钛合金、Glare材料和复合材料上钻孔,最终使交货时间减少45%。

4.激光熔融快速原型制造技术

在航空制造领域,快速原型制造技术是一种可能推动行业变革的突破性技术,它将使现有产品的制造速度更快、成本更低、质量更高,同时为开发新产品创造条件。激光熔融快速原型制造技术是使用高能激光直接根据CAD生成的3D模型来生产致密金属零件的工艺,零件由各种微细金属粉末在高度真空环境中经过激光照射融化后制成。激光熔融快速原型制造技术能够伎用高级材料制造复杂集合形状与结构的零件,可充分发挥自由曲面和复杂晶格结构相结合的优势,是航空制造商具备生产更轻型零部件的能力。

这种技术赋予了设计师更大的设计自由度,使其在零件的结构与形状设计中突破传统工艺或刀具在批量生产中的限制,直接减少了前置时间、降低了工具成本并减少了材料浪费。雷尼绍公司推出的激光熔融快速成形机,该机工作室内部充有高纯度氩气,用于产生惰性气体环境。全密闭工作室可降低惰性气体消耗量,而且坚固耐用。内部有可拆卸式粉盒,适合材料的更换与输送,还有一个带阀联锁装置的外部送粉器,允许在操作过程中再向系统中添加材料,并可以拆下送粉器进行清洁或换料,应用这些部件后,超过98%的材料可以循环使用,大大降低了工作中金属粉末的消耗量。

(四)民用航空材料

1.先进制造技术助推金属材料

复合材料的迅速崛起,对金属材料在航空制造领域的应用提出了前所未有的挑战。在利用数控机床切削加工零部件的过程中会产生大量的切削废料。增材制造技术是业界正在推行的一种金属制造技术。它通过激光等技术将金属粉末一层层堆积烧结制造复杂形状零件,也可用于制造一些对机加切削量要求很苛刻的金属预成形件,以及需要增加某些特牲的部件。

这种制造技术的优点是,可以把金属材料直接堆积在需要的地方,加工过程甚至可以使由内至外,从而可以制造过去难以制造、或不可能制造的具有复杂几何形状的部件。复合材料直接与铝合金连接时会产生腐蚀,钛合金则可以避免这个问题。英国汤普森摩擦焊公司正在与GKN和其他公司合作,推进LFW技术发展钛合金。LFW技术是通过振动使连接件接触面上的金属产生高温软化,同时施加压力,而将不同的零件拼接成一个整体的方法。该技术主要用于采用水刀等手段从铝或钛坯料上切割下来的简单外形的部件,采用摩擦焊手段组成一个近净成形的预成形件,焊接后的预成形件还需用机加工手段进行精加工,最终成品的成本将会显著降低。另一种具有减少机械装配工作量潜力的近净成形加工技术是面向复杂曲面外形板状部件的爆炸成形技术。荷兰的3D金属成形公司正在将这项技术商业化。这项技术的关键在于对爆炸进行精确模拟,确定板材的回弹,以及在模具里修正它。成形的双曲面、近净外形的板件两面都需要进行机加工才能制造出一个整体的零件,而这种手段生产的整体金属板零件与传统的由几块金属板部件组成的零件相比,其成本显著降低。

2.复合材料取得新进展

复合材料技术在快速发展进步的同时,在民用航空产品上的应用开始由少到多、由局部结构到整体结构、由非承力部件到承力部件。

荷兰福克公司为AW169直升机开发的平尾多梁式整体共固结翼盒采用了热塑性复合材料,该材料有良好的抗振动性能。其主要构件长3米,由4个预成型体在压力下合并而成,其前后缘均可拆卸下来,固定在抗扭盒上。材料选用的是TenCate先进复合材料公司的Cetex系列,由碳纤维与聚苯硫醚树脂制成。采用这种结构的水平尾翼与传统方案相比减重15%。英国Victrex公司推出的材料Peek HMF,比钢制零件减重80%,但力学性能及刚性与钢类似。在航空制造方面,该材料可代替铝合金制造紧固件夹子等次要构件,可用它设计出比金属材料形状更复杂的零件并整合不同的功能,从而减少装配工序并降低生产成本。此外,该产品结晶快、流动性好,能缩短生产用期并易于实现注射成形的优点。复合材料结构减重技术取得进展。Chomarat公司推出了一款创新型材料C-ply Bi-angle。它是一种经编织物,由一组或几组纤维在纤维布的经向上同时编织成全,相互套串而成的纤维织物,其特点是垂直于受力方向上无纤维而代之以极薄的铺层。这种新构件可用在飞机翼梢小翼及发动机叶片上。复合材料在发动机风扇叶片上的应用不断扩大。斯奈克玛、通用电气和Albany公司正在Leap发动机风扇叶片上进行此项技术试验,它采用的技术不是纤维铺层而是一种具有专利权的复杂纤维编织技术,即将IM7纤维编织出预成形体,采用高压水切割后置入模具,进行RTM注射成形用于制造风扇机匣及风扇叶片。

3.数字材料在飞机制造中的应用

数字材料是麻省理工学院的研究人员提出的一种新概念,它的新颖之处并非材料本身,而是组成宏观零件的方式。它本身并非像金属或塑料这种性质的材料,而是组成宏观零件的一个个小型标准件,它可以是任何尺寸和形状,用各种合适的材料制作出来,并以各种方式装配在一起。

数字材料可能用于制造机会所有的工程机构见,从制造角度来说,它与传统制造的区别类似于使用颜料和刷子作画与使用数字打印方法喷画之问的差别。MIT的研究者已经研究出的一种支架状的模块化数字材料,其微小的模块支架能够通过快速组装在一起制造出诸如飞机机翼这样的大型结构零件。利用这种材料和装配方式制造的零件,比现有的超轻材料制造的强度要高10倍。空中客车公司已与MIT签订合作协议,双方将共同探索数字材料在航空制造业的应用。目前,制造如机翼一类的大型部件的方法主要是采用金属或复合材料来制造多种各自独立的部件,最终将它们组合在一起。借助数字材料,能够制造带有更多数量的材料单元的飞机,只是材料单元的种类较少,使得修理和替换都很容易。

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