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OUTLOOK 2018——全球航空工业趋势展望(一)

来源:荣格 发布时间:2017-12-12 479
工业金属加工 行业展望
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波音:未来20年中国将需要7240架新飞机

今年9月,波音公司发布了针对中国市场的最新《当前市场展望》报告,预测未来20年中国将需要7240架新飞机,总价值达1.1万亿美元。与2016年度发布的预测相比,新飞机需求数量调高了6.3%。

在全球范围,波音预测未来20年将需要价值6.1万亿美元的41030架新飞机。中国市场新飞机需求占全球整体需求的近20%。

波音民用飞机集团市场营销副总裁Randy Tinseth表示:“中国过去这些年经济增长非常显著,强劲的经济增长带动着民航业以超过 10%的增长速度在发展。尽管过去六七年中国GDP增速放缓,但是民航业的增长还是在加速,最主要的原因是中国经济转型的过程当中,服务业、第三产业更有效地拉动了航空业的增长。”

此外,波音认为中国中产阶层人数的增加驱动航空运输业增长,过去十年中国中产阶级人数翻了3倍,促使航空客运量增长了4倍。到2020 年,中国中产阶级人数预计将接近5亿人,接近美国全国人口的整体数量。

“除了中产阶级人数的增加,我们预测个人可支配收入也将增长。政策将继续放宽,以满足市场增长的需求。”Randy表示。

单通道飞机依然是服务于中国国内及亚洲区域市场的主力机型。波音预计截至2036年中国单通道市场将需要5420架新飞机,占新飞机需求总量的75%。低成本航空公司和全服务航空公司将继续增购新飞机,扩张“点对点”航线网络,以满足中国乃至全亚洲范围内休闲及商务方面的出行需求。

宽体机方面,为满足远程航线的扩张并寻求运营灵活性,航空公司越来越倾向于选择中小型宽体机,而对于超大型全新宽体机的需求将主要集中于货运市场。波音预测未来20年中国宽体机市场将需要1670架新飞机。

据波音公司提供的数据,目前中国运营的所有民用喷气机中,超过50%是波音飞机。同时,中国参与了所有波音机型的制造,包括737、747、767、777和最具创新意义的787梦想飞机。超过9000架飞行在世界各地的波音飞机上安装了中国制造的零部件和组件。

空客:深化与中国航空工业合作

根据空中客车最新全球市场预测(2017-2036年),新兴经济体特别是中国、印度、亚洲其他地区和拉丁美洲是航空业增长最快的区域,其增长速度几乎是北美和西欧等成熟市场增速的两倍。

2016年,中国的人均乘机次数为0.4次,是美国人均乘机次数的四分之一,但中国人口总数为美国人口总数的4.2倍,仍有很大增长空间。 具体到国际航空市场,2016年中国国际航空旅客运输量为5162万人次,比2015年增长了22.7%,过去5年的年均增长率接近30%,在未来相当长的时间内,中国国际航空市场的增速将维持在较高水平。

要想满足如此巨大的航空运输需求,中国民航需要逐步、逐级打造“经由中国,通向全球”的综合航空枢纽系统,其关键在于在大型国际枢纽中增加更多直达目的地、加强主要干线运力,增加到主要城市的直飞航班。与此同时,随着民航业的飞速发展,中国的枢纽建设面临空域、航班时刻等资源紧缺的挑战。采用更大的飞机,用更少的航班运送更多的旅客能有效解决航空枢纽地区资源紧张的问题。

截至2017年8月31日,在中国内地运营的空客飞机达到1484架,约占中国内地100座级以上现役飞机总数的一半,包括1263架A320系列飞机、202架A330系列飞机,其余为A380飞机、货机和空客公务机等。其中,空客A330系列飞机是中国航空公司运营数量最多的双通道飞机。空客A330飞机以其出色的运营灵活性、可靠性和经济性以及客舱舒适性深受航空公司和乘客的普遍欢迎。

空中客车中国公司民用飞机总裁陈菊明表示:在国家“一带一路”倡议的带动下,伴随着新一轮民营航空公司的崛起、低成本航空理念和实践不断被市场所接受,以及中国航空公司国际市场竞争力的加强,中国民航正在迎来新的发展机遇。空中客车公司全面的、覆盖100座级到500座级以上市场的系列化飞机产品能够为中国各类航空公司,包括处于不同发展阶段、采取不同发展模式的航空公司提供强有力的支持。

此外,空客A330天津完成及交付中心即日将正式投产并交付第一架飞机。空中客车中国公司民用飞机首席运营官马福朗介绍:“该中心将负责A330宽体机的客舱安装和装饰、飞机喷漆、发动机试车和飞行测试,以及飞机交付和客户接收等工作。A330宽体机的客舱完成工作比单通道飞机要复杂得多,其工作量以及工作难度都有一个显著的提升。以工艺的复杂程度为例,A330的客舱完成工作是单通道飞机的近四倍。”

据悉,该中心是欧洲以外首个空客宽体飞机完成和交付中心,具有十分重要的意义。这使空客和中国航空业由来已久的合作伙伴关系从单通道领域扩展到宽体机领域。

空客与中国航空工业的合作已走过30年的历程。到2020年,空客在中国工业合作领域的投资额将达到每年不低于10亿美元的目标。所有空客民用飞机机型都安装有中国制造的零部件。空客与中国航空工业合作涉及空客各个机型,包括A320、A330、A350XWB;涵盖所有的部件类型,从原材料采购、航空基础理论与实用技术研究到零部件设计与制造,大部件总装,直至飞机总装;也遍布中国各地,包括沈阳、天津、西安、上海、成都、杭州等城市。

增材制造

随着航空航天飞行器愈发先进,对其结构件相应也提出了更多更高的要求,如轻量化、寿命长、高可靠性以及结构功能一体化等。作为第三次工业革命制造领域的典型代表技术,增材制造技术是集结构优化设计、材料、制造工艺、后续处理等专业技术于一体,推动着飞机复杂结构设计、零件制造发生颠覆性变化,是航空航天制造技术先进性的重要标志。

增材制造可以缩短新型航空航天装备的研发周期,提高材料的利用率,节约昂贵的战略材料,降低制造成本,还能优化零件结构,减轻重量,增加使用寿命,同时在修复成型方面展现出极大的潜力。

根据Market Research Future的数据,在2016至2021年期间,全球航空航天业增材制造市场预计将保持21%的年复合增长率。主要的驱动因素包括减少重量和油耗、可行的环境可持续性制造过程、航空业对增材制造的应用及理解进一步加深、减少制造复杂零部件的难度以及加强飞机设计的灵活性。

在这一市场,美国仍将占据主导地位,同时亚太和欧洲市场也具有极大的潜力。2016年,美国成为迄今为止全球最大的增材制造市场。美国在全球增材制造工艺领域占据的市场份额约为70%左右。

新型粉床法的应用以及着眼于更大零部件的自由形态的几何结构也推动了这一市场的发展。同时,增材制造中使用金属丝材而非粉末的趋势也使该市场变得更为多元化。

目前,市面上最大的基于激光的增材制造系统是由Concept Laser开发的Right X LINE 2000R。该机器有一个0.8m×0.4m×0.5m的构建体积,有两个功率输出均为1000W的激光器,在航空航天业尤其受欢迎。而GE Additive在去年收购Concept Laser后,在后者已有的技术上开发出新的世界上最大的激光粉末增材制造机。这款突破性的机器专为航空航天业设计。

据介绍,新的激光粉末增材制造机将拥有1立方米的巨大构建体积,能根据客户需求完成扩展性和定制度极高的几何形状。其特征分辨率和构建速度将至少与当前的激光粉末增材制造机相当。它将兼容一系列不同材料,包括非反应性和活性金属,如铝和钛。机器将增材制造直径为一米的航空零件。它适合制造喷气发动机结构部件以及用于单通道飞机的零件,该机器也可用于汽车、电力、石油和天然气行业。

在中国,想要大力发展航空制造业,机遇就在举全国之力快速推进增材设计和制造的理念、方法、手段、工具和相应的规范、标准和准则上。例如,今年实现首飞的国产大飞机C919的部分零件便采用了增材制造技术。来自中航工业的资料显示,自2001年起,我国就开始重点发展以钛合金构件激光快速成型技术为主的激光增材制造技术。C919客机的中央翼条长达3米,属于大型钛合金构件,增材制造技术的引入直接解决了C919飞机钛合金结构件的制造瓶颈,摆脱了传统模具制造研发周期长的关键技术挑战,具有划时代的意义。此外,前不久揭牌的中国商飞公司增材制造中心也将进一步提高中国的先进制造技术水平,提升增材制造技术的应用研究、验证与推广能力。

复合材料

全球对飞机的需求在不断增长,航空航天工业也在呼吁使用复合材料,以满足其降低重量的同时缩短制造时间、节省成本的需求。根据Global Market Insight (GMI)咨询公司的最新调查报告,航空复合材料的市场规模将于2024年超过50亿美元,届时,全球航空领域的复合材料用量将超过7万吨。

研究者表示,受益于商用客机机翼、机身、起落架、推进系统等外部结构件对复合材料需求的不断增长,碳纤维将在2024年以超过35亿美元的收入占据行业中的最高份额。

芳纶纤维也将在全天候商用飞机和改良视觉系统的影响下,在2017-2024年间出现超过7%的年复合增长率。热固性树脂仍将占据市场主导,2024年其业务将占据收入份额的75%,产量将超过5.2万吨。GMI同时表示,热塑性树脂在报告时间段内将出现约9%的年均增长率。

受复合材料、特别是碳纤维复合材料用量持续增长的影响,预计商用飞机将在未来8年中占据航空复合材料市场52%的收入份额。军用飞机也将在全球军事航空领域投资不断提高的刺激下进一步增长。例如,印度计划在未来20年间投资约350亿美元用于军事航空领域的持续发展。

由于复合材料在飞机外部结构件上的大量应用,外部应用将超过30亿美元;同时,内饰应用也将在2017至2024年间以超过8%的年均增长率不断发展。预计北美航空复合材料市场将超过20亿美元,并在2024年前达到收入份额的40%。

目前,降低成本是航空航天工业的重中之重。飞机制造商正努力吸收过去9至10年的积压订单,并需要能够减少制造和运营成本的解决方案。复合材料结合了设计的灵活性和快速的生产,可以提高制造效率,并有可能简化设计,同时可以带来重量上的节省以降低运营成本。

“由于业界继续强调‘买飞比’,连续制造和材料利用的效率使得复合解决方案在航空航天应用中极具吸引力。”威格斯(Victrex)航空航天的总监Tim Herr表示。为了满足这些市场需求,威格斯已将热塑性复合材料工程、新制造技术与聚酮材料技术相结合,为航空航天工业创造出新颖的解决方案。

聚酮复合材料的加工和性能优势非常引人注目。与热固性复合材料相比,聚酮复合材料的成型周期可从数小时显著缩短至仅为数分钟,从而将生产率提高90%。对于传统的金属溶液,聚酮复合材料的重量节省高达60%,其刚度相等或更好。此外,聚酮复合材料的设计灵活性使工程师能够设计出高度功能化的组件来简化、标准化和巩固零件以减少装配时间和制造成本。结构或负载支架是聚酮复合材料溶液的明显选择。与热固性和金属组件相比,该技术减少了制造工艺和时间;此外,由于材料的高机械性能、化学性能和耐腐蚀性,同时减少了维护停机时间。”

从驾驶舱到机尾,商用飞机使用了成千上万的支架和系统附件。这些部件的总数可观,尤其当这些部件是由机加工金属或热固性材料叠层制成的时候会增加大量成本和重量。与传统热固性制品相比,由威格斯VICTREX PAEK制成的部件生产效率更高,而与不锈钢和钛制品相比,能明显减重,并且具有同等甚至更优的机械性能,如强度、刚度、和耐疲劳性。未来还将出现更多新的聚酮应用。通过对材料性能的精细调整,在机身、发动机和起落架上的结构支架将有很大的机会。除了现有的设计,新的电力或混合动力推进系统可能在未来的飞机上扮演重要的角色。如果强度重量比和制造效率仍然是关键的要求,那么聚酮复合材料将在航空制造业拥有光明的未来。

赫氏(Hexcel)航空公司欧洲营销副总裁Bertrand Germain认为,节省重量和使飞机更节能高效以减少碳足迹仍然是航空航天工业的主要驱动力。他说:“在整个航空航天计划中将找到新的复合解决方案的机会。这些包括商用飞机的结构和内饰、飞机发动机和机舱、直升机结构和转子叶片、防空飞机、太空发射装置和卫星、无人机和复合结构所需的工具。”

此外,削减制造成本也是一个重大举措。Germain继续说道:“这带来了更加自动化和新产品形式的开发,用于预浸料、优化宽度和厚度,如切割条带;以及新型高压釜技术,如HiTape、HiMax™NCF和RTM6-2。此外,还需要不能用传统复合材料制成的复杂形状的零件,这催生了HexMC模塑复合材料的发展。我们最近为航空应用开发的其他产品包括:HexPly®M92,用于从较低温度的固化预浸料获得更高的性能;Acousti-Cap用于开发更为安静的飞机发动机;以及HexTool®适用于固化飞机结构的耐高温模具,在设计变更时可以进行修改且不会造成任何完整性损失。”

最新一代商用飞机和发动机有越来越多的大型飞行关键复合结构,需要几何形状复杂的小部件将这些结构连接起来。在过去,这些连接器部件将由金属制成,易受疲劳和腐蚀的影响。Hexcel的HexMC®技术是基于高性能航空级碳纤维/环氧树脂材料,可以以具有成本效益的方式系列生产复杂形状的材料。所生产出来的部件表现出与碳纤维/环氧预浸料相当的性能水平,并且重量减轻,可降低航空燃料消耗并增加飞机有效载荷。


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