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新领域新赛道——中国民用航空制造业的新希望

时间: 2024-07-12 08:19:08 |   作者: 航空专业设备制造

描述:...

详细介绍


  2023年10月10日,工信部、科技部、财政部、中国民航局四部门联合发布(工信部联重装〔2023〕181号)。这对于前进中的中国民机事业,是一个利好消息。这份《纲要》着力部署“换道超车”的任务与路径,也为奋斗的航空人和全体国民增添了真抓实干、加快发展的新希望。

  《纲要》以绿色航空制造为旗帜,指出,发展绿色航空制造业是应对气候平均状态随时间的变化、实现航空产业可持续发展的必然要求,是新一轮航空科技革命和产业变革的重要方向,是提升航空制造业未来竞争力的战略举措;要坚持多技术路线并举,积极探索绿色航空新领域新赛道。《纲要》围绕民用航空制造业展开,但绿色制造的理念与实践,以及无人化、电动化、智能化等内容,也适用于军事航空装备的研发与生产。

  《纲要》提出,第一步,到2025年的目标是,显著提升我国民用飞机的节能、减排、降噪性能,基本建成安全有效的保障体系。具体任务为:使用可持续航空燃料的国产民用飞机实现示范应用,电动通航飞机投入商业应用,电动垂直起降航空器(eVTOL)实现试点运行,氢能源飞机关键技术完成可行性验证,形成一批标准规范和技术公共服务平台,支撑绿色航空生产体系、运营体系建设。

  第二步,到2035年,建成具有安全性、完整性、先进性的绿色航空制造体系,使新能源航空器成为发展主流,国产民用大飞机的“四性”(安全、环保、经济、舒适)达到世界一流水平,以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备实现商业化、规模化应用。

  《纲要》专门提出开辟电动航空新领域,布局氢能航空等新赛道。要加快eVTOL、轻小型电动飞机、新能源无人机等创新产品研制,形成以典型场景为导向的电动航空器供给能力、运营支持能力和产业化发展能力,打造新经济稳步的增长极。

  《纲要》规划了开展绿色航空示范运营,建立空地智联管理平台和城市空运体系,开展新能源商用飞机预先研究、电动通用航空器工程化攻关和系列化、谱系化发展,突破高能量密度锂电池、高比功率氢燃料电池、高效率电推进系统、高推重比涵道风扇、先进气动布局涵道风扇、太阳能无人机等关键技术。

  《纲要》详列了电动化配套产品发展目标:400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,500Wh/kg级产品小规模验证;250kW级航空电机及驱动系统投入量产,500kW级产品小规模验证,功重比达到20Nm/kg等;并布局了氢能航空关键研发技术,开展氢内燃、氢涡轮发动机、氢涡轮混合动力、高效储氢等技术探讨研究,氢能源飞机关键技术验证,以及国产民用飞机的氢动力改装等。

  《纲要》还明白准确地提出建设绿色航空适航审定体系和绿色航空工业法规标准体系的任务。加速满足市场急需的新能源航空器适航取证。加快推进可持续航空燃料、绿色制造、飞机拆解等领域标准研制,研究建立氢能航空标准体系。推动绿色航空计量体系建设,加强绿色航空相关计量基准研究,推动计量标准能力提升和关键领域计量技术突破。

  《纲要》涉及领域宽,内容丰富,具有一定的可操作性;大部分项目正在实施中;总体设想基本符合我国当前实际,所提出的目标与任务,经过努力也是能轻松实现的。但应该看到,全部完成的难度很大,我国航空产业的发展也并非“绿色航空制造”所能覆盖。尤其是到2025年底,仅有两年多时间,要完成规划的任务,挑战巨大。必须多措并发,举全国之力,才能确保目标的实现。

  进入新世纪以来,我国制造业中高端产品供给能力持续增强。据工信部统计,在500种主要工业产品中,我国有四成以上产品的产量位居世界第一。高铁成为新国家名片,造船业已成世界第一大国,无线通信网络与设备世界领先,原来饱受诟病的“万国号”汽车制造业在“换道”电动化后,呈现爆炸性增长,2023年出口预计超过400万辆,其中新能源汽车出口占比有望提升至35%,纯电动乘用车对整车出口增长的贡献率突破50%。

  这些行业的迅猛进步给我们树立了样板,他们能做到的,航空也应该能做到。实际上,在过去的20余年里,中国航空工业同样获得井喷式发展。军用航空在品种上已无空白,战斗机、运输机、预警机、机载武器、无人机等装备水平已赶上或接近世界最领先水平,军用航空发动机与机载设备有了实质性突破。相比而言,中国的民用航空弱于军航,但本世纪以来也取得长足进步。以C919、ARJ21、AC系列民用直升机、大疆/亿航/峰飞等消费/工业/载人级无人机为代表的民用航空器,正在慢慢地形成能够影响世界的中国民用航空新格局。

  当然,挑战仍很严峻,差距仍是全面的。除了拥有高的市场占有率和大批成熟机型以外,尤令我们感到紧迫的是,欧洲和美国对于未来民用航空均做出全面部署,规划、计划一个接一个,且实施率颇高。2023年3月和8月,美国先后发布《国家航空科技优先事项》和《NASA航空战略实施规划2023》两份文件。空客的ZEROe计划正在实施,百座级电动化商用飞机将在2035年问世。如果我们应对乏力,有所缩小的差距有可能被再次拉大。

  为此,中国的民机产业须在两条战线上发力,才能既改变当下,又倾力赢取未来。一方面,在传统领域继续急起直追,抓住难得的历史窗口期,提升自主保障水平,慢慢地提高产能,使国产民用飞机、特别是大飞机达到世界一流水平。另一方面,就是《纲要》中重点谋划的那些新领域和新赛道,精心部署,认真实施,其结果将会对未来发展产生重要影响。在这个意义上,不管你抱持什么样的个人看法,这份《纲要》的出台,其意义决不可小觑。

  让我感到高兴的还有一点是,四部门以公开发布的方式,把全力发展民机产业的国之大计告诉给了全社会,形势、目标、路径、任务等,明明白白,清清楚楚,希冀直接动员各方力量,投入这项伟大事业。我不禁联想到,十三年前,在中国航空学会组织、以27位院士联署方式建言“加快发展我国航空应急救援体系”、并得到的肯定与批示之后,形成了《国家航空应急救援体系规划研究报告》,遗憾的是,却因定密、且密级过高,致使这份本该成为“行动纲领”的文件未能充分的发挥作用。

  故而,我为四部门的联手工作及成果叫好,为他们向社会昭示、把规划公之于众,也把自己事实上摆在公众的监督检查之下的勇气叫好。相信在《纲要》发布后,四部门能够协力推进相关工作,切实重视应用拉动和资源调配,激发我国航空大军的热情与创造精神,逐项落实《纲要》提出的目标和任务,去争取我国民机产业新的历史性跨越,继而为建成航空强国打下坚实基础。

  为方便大家研读与学习,我将《纲要》全文和官方解读附上;并放弃对此文的“原创”声索。

  发展绿色航空制造业是应对气候平均状态随时间的变化、实现航空产业可持续发展的必然要求,是新一轮航空科技革命和产业变革的重要方向,是提升航空制造业未来竞争力的重大战略举措。党的二十大作出推进新型工业化,推动制造业高端化、智能化、绿色化发展决策部署。为贯彻落实党的二十大精神,完整、准确、全面贯彻新发展理念,抢抓航空动力变革机遇,加快培育航空产业新业态,制定本纲要。

  高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的第一个任务,新时期对航空制造业发展提出了新的更加高的要求。一是绿色化发展是实现航空产业可持续发展的必然要求,是提升航空制造业未来竞争力的核心关键。全球主要发达国家格外的重视绿色航空发展,抢占航空动力变革新领域新赛道。二是绿色航空制造业发展开辟了新的技术路径、产品形式和应用场景,亟需加快构建适应绿色发展要求的高水平航空科技自立自强创新体系。三是现有的航空技术标准体系、适航管理体系、运营服务体系等亟需更新与提升,以适应绿色航空制造业发展需要。

  大力推进制造强国、交通强国、航空强国建设,为我国航空制造业开辟绿色航空新赛道提供了难得的历史性机遇。一是我国航空运输、物流配送、城市空运、航空应急救援等领域均具有巨大潜在市场。二是我国电动汽车、轨道交通等新能源装备领域积累了技术优势,形成了先进工业基础,为航空制造业绿色化发展提供了契机。三是新一轮科技革命推动新能源、新材料、新一代信息技术与航空科学技术加速融合,电池、电机、传感器、飞控系统等有关技术不断突破,共享出行、智慧城市等新模式持续不断的发展,为航空制造业绿色化智能化转型带来了重大机遇。

  党的十八大以来,在党中央、国务院的坚强领导和格外的重视下,各部门加强顶层谋划,央地协同加快布局,超前部署绿色航空新技术、新产品,推进产业化进程,加快绿色航空制造业发展,取得积极成效。绿色高效、安全低噪的飞行器设计、制造与验证技术持续更新迭代;轻小型固定翼电动飞机、多旋翼无人机发展水平居世界前列;电动垂直起降航空器(eVTOL)、飞行汽车等产品迅速兴起,部分领域形成产业优势。整体看来,未来一段时期内,我国绿色航空制造业发展既面临重要战略机遇,也面临诸多新的挑战,必须立足当前、着眼长远,系统谋划、统筹推进,开拓绿色航空制造业高水平质量的发展新局面。

  以习新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻落实党的二十大精神和习生态文明思想,立足新发展阶段,完整、准确、全面贯彻新发展理念,加快构建新发展格局,紧扣实现碳达峰、碳中和目标,以航空产业高水平发展为主题,以技术变革、动力变革、运营体系变革为主线,统筹推进绿色航空制造业创新体系、产业体系、示范应用体系和服务保障体系建设,培育航空产业绿色发展新业态,打造航空制造业绿色发展新动能,为制造强国、航空强国建设提供有力支撑。

  市场主导,政府引导。充分的发挥市场在资源配置中的决定性作用,突出企业主体地位,加强产学研用深层次地融合,积极探索新能源航空器的商业化路径。更好地发挥政府作用,强化顶层引导,加强行业管理和服务,优化产业布局,引导产业规范发展,促进形成统一、竞争、有序的市场环境。

  创新引领,融合发展。坚持创新驱动发展,精准把握绿色航空创新发展趋势,聚焦前沿领域加强新技术、新模式探索和验证,建立健全协同高效的创新体系和产业链供应链,不断的提高产业竞争力和创新力。推进数字化、智能化、绿色化融合发展,强化产业链上下游、大中小企业融通发展,加强国内外协同合作,建设先进制造业集群,形成集智攻关新格局。

  统筹布局,系统推进。坚持系统观念,全局性谋划、战略性布局,统筹好绿色航空发展的当前和长远、宏观和微观。将扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合,系统推进航空制造业转变发展方式与经济转型、产品供给、产业化发展、服务支持保障,实现绿色航空制造业发展质量、结构、规模、效益、安全相统一。

  到2025年,国产民用飞机节能、减排、降噪性能进一步提升,航空绿色制造水平全方面提升,绿色航空产业高质量发展取得阶段性成果,安全有效的保障体系基本建成。使用可持续航空燃料的国产民用飞机实现示范应用,电动通航飞机投入商业应用,电动垂直起降航空器(eVTOL)实现试点运行,氢能源飞机关键技术完成可行性验证,绿色航空基础设施不断夯实,形成一批标准规范和技术公共服务平台,有效支撑绿色航空生产体系、运营体系建设。

  到2035年,建成具有完整性、先进性、安全性的绿色航空制造体系,新能源航空器成为发展主流,国产民用大飞机安全性、环保性、经济性、舒适性达到世界一流水平,以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备实现商业化、规模化应用。

  坚持多技术路线并举,积极探索绿色航空新领域新赛道。按照技术成熟度,稳步推进技术攻关,“十四五”期间,小型航空器以电动为主攻方向,干支线等中大型飞机坚持新型气动布局、可持续航空燃料和混合动力等多种路线并存;同时,积极探索氢能源、液化天然气(LNG)等技术路线,前瞻布局未来产业。

  推动现有国产民用飞机的优化改进,通过多种手段实现国产通用飞机、直升机、干支线飞机的减重、减阻、降噪和增升,提高多电水平,持续提高国产民用飞机经济性和环境友好性。加快航空绿色制造体系建设,推动民机公司制作工艺和流程的绿色化、智能化升级,发展航空再制造模式,完善绿色航空技术/路径全生命周期管理,推动全产业链碳排放足迹评估,降低能源资源消耗及二氧化碳等温室气体排放。加强可持续航空燃料在国产民用飞机与发动机上的应用验证。

  面向城市空运、应急救援、物流运输等应用场景,加快6eVTOL、轻小型固定翼电动飞机、新能源无人机等创新产品应用,形成以典型场景为导向的电动航空器供给能力、运营支持能力和产业化发展能力,打造新经济增长极。鼓励开展绿色航空示范运营,推动轻小型固定翼电动飞机、eVTOL实现商业运营。加快将eVTOL融入综合立体交通网络,建立统一的空地智联管理平台,打造低空智联网,初步形成安全、便捷、绿色、经济的城市空运体系。针对市场应用场景需求,结合纯电推进技术及涡轮混合电推进技术发展,由小到大开展新能源商用飞机预先研究。

  积极布局氢能航空关键研发技术,加快储氢装置、动力装置等核心关键技术攻关,开展适用于氢能源飞机的新型结构布局技术探讨研究。推进氢燃料电池与氢内燃机、氢涡轮、氢涡轮混合动力飞机理论研究与技术验证,打通与氢能源产业上下游协同创新的技术应用模式。围绕氢能航空未来发展的新趋势,探索商业化氢能源飞机运营体系新模式。积极探索LNG等其他能源在航空领域的应用方法和路径。

  1.强化绿色航空关键核心技术攻关。持续推动总体、气动、结构、发动机、机载、材料、制造工艺等领域技术升级换代,加速发展混合动力推进系统,不断的提高干支线飞机、通用航空器节能减排降噪水平。加快发展高能量密度、高放电效率、高安全性的航空动力电池技术,以及高可靠性、高功重比、高效率的航空电推进技术。加强高效燃气涡轮-电能融合技术探讨研究。引导优势企业和研究机构持续突破智能化、高可靠性、轻量化、低成本能量控制和飞行控制技术,开展新能源飞机总体设计、能源系统模块设计、全电机载系统等技术攻关。持续探索氢燃料存储技术、氢燃料电池技术、氢内燃、氢涡轮发动机技术、氢涡轮混合电推进技术、能量综合管理技术等氢能源飞机关键技术。面向国家绿色航空发展的战略需要,加快布局基础研究和应用基础研究,解决制约绿色航空发展的源头和底层技术问题。

  1.“绿色+”产品技术升级。围绕国产民用飞机的进一步节能减排降噪,开展“绿色+”技术迭代升级。围绕航空器气动布局,开展分布式推进布局等技术攻关。围绕新型结构设计,开展翼身结构、风扇结构等技术攻关。加快布局新一代机载技术。围绕能源高效利用,开展能量综合管理、能量捕集/转换和储能技术攻关。围绕智能化、体系化、网络化技术趋势,开展辅助驾驶、自主飞控、智能航电等技术攻关。结合新能源航空器性能优势和5G、大数据、人工智能等新技术,推动机载技术跨越式升级。

  2.基于混合动力系统演示验证平台开发。开展混合动力系统的原理验证、地面试验和样机开发,研发混合动力系统演示验证平台,实现混合动力系统的飞行验证。突破新型航空材料、智能材料、功能结构一体化材料等材料技术,多电系统集成、燃电APU、电滑行、空地融合运行系统等机载技术。

  3.电动通用航空器工程化攻关。加快电动通用航空器系列化、谱系化。突破高能量密度锂电池、高比功率氢燃料电池、高效率电推进系统、高推重比涵道风扇、先进气动布局涵道风扇、太阳能无人机等关键技术。满足电动航空器使用需求和适航要求的400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,500Wh/kg级产品小规模验证;250kW级航空电机及驱动系统投入量产,500kW级产品小规模验证,功重比达到20Nm/kg。针对载人、物流城市空运航空器,突破适航安全性设计、高效率气动布局设计、低噪声高效率电推进、电动倾转旋翼高可靠性飞行控制、人在环垂直起降飞行控制等关键技术,开展攻关和试飞验证。

  4.氢能源飞机可行性论证与关键技术攻关。开展氢内燃、氢涡轮发动机、氢涡轮混合动力、高效储氢技术、机载设备与可靠性研究,实现氢能源飞机关键技术验证。开展基础设施研究,提高地面氢燃料运输、存储与加注的便利性、机动性和安全性。开展氢能源系统原理验证、地面试验和样机开发,研发氢能源系统演示验证平台。加快突破高效液氢存储系统、氢动力部件及整机试验装置、高效低排放氢燃烧、精确氢控制、综合热管理等氢能源核心系统关键技术。

  2.建立健全协同创新机制。强化绿色航空企业科学技术创新主体地位,促进各类创新要素向企业集聚,支持企业提升创造新兴事物的能力,全面激发企业创新活力。推动创新链和产业链深层次地融合,构建以企业为主体、市场为导向、产学研用深层次地融合的技术创新体系,建立商业化的绿色航空产业技术创新中心和创新联合体,打造新型储能制造业创新中心,加快绿色航空关键共性技术开发和新能源航空器产品研制。加强产业间跨界融合,依托新能源汽车、船舶、轨道交通等行业的共性技术和产业基础,推动绿色航空发展,构建互利互促的协同关系。积极推动制造端与运营端协同,加快推广绿色低碳技术。

  3.加强专业人才教育培训。面向可持续航空燃料、电动航空器、氢能源航空器等领域,鼓励高校加强绿色航空相关领域知识图谱构建,推进教学资源与示范课程建设。鼓励行业企业与高校积极对接合作,加快培养绿色航空技术多学科交叉复合型人才队伍,形成梯度化、多层次的支撑协同创新的人才培养生态结构。

  4.发展航空绿色制造。大力推行绿色设计技术,发展绿色表面处理、清洁加工、低能耗工艺,构建面向环境、能源和材料的绿色制造技术体系。促进航空制造技术与工业互联网、大数据、5G、通用AI等新一代信息技术融合,提升能源、资源、环境管理上的水准,建设一批绿色人机一体化智能系统工厂。开发金属、复合材料、动力电池等回收利用方法,推动形成航空装备报废拆解与再生利用的新业态。

  5.构建绿色航空产业链。充分的发挥绿色航空领域主机企业主力军和中小企业生力军的作用,加强优质企业梯度培育。发挥主机企业在技术、标准、资金、人才方面的优势和中小企业在产业创新、强链稳链中的支撑作用,重点围绕电动航空器,加快形成安全高效的电机、电池、飞控、材料等现代化产业链,不断的提高产业链韧性和安全水平。推动主机企业制造运营一体化,探索安全、高效、经济的商业运营模式。

  6.深化绿色航空国际合作。加强绿色航空发展领域的政策沟通、技术交流、项目(技术)合作、人才培训等,鼓励研究机构、高校和企业热情参加国际有关标准、规则制定,建设绿色航空国际技术创新合作平台。鼓励企业面向绿色航空发展,积极“引进来”“走出去”,融入国际绿色航空产业链供应链体系,开拓国际绿色航空市场。

  7.推动新能源航空器区域应用试点示范。依托优势地区,建设国产航空装备绿色升级示范区。鼓励各地区结合区域经济发展基础和需求,开展电动通航飞机、eVTOL试点示范应用,探索技术和装备体系、应用场景、商业运营新模式。鼓励有基础有条件的地区布局绿色航空关键技术、产品方案、安全验证等试验基地。

  1.依托长三角、成渝黔、长株潭等优势地区民用航空产业集群,建设国产航空装备绿色升级示范区,开展绿色人机一体化智能系统工厂的论证试点,提升国产航空装备经济性和环境友好性。

  2.鼓励珠三角、长三角、环渤海、成渝等优势地区,设立低空经济示范区,开展轻小型电动飞机规模化示范运营,eVTOL商业示范运营,推动电动航空应用场景、产品规范、运营体系、客户服务方案等领域的论证试点。

  3.鼓励京津冀、长三角、长株潭、成渝等有基础有条件的地区布局氢能航空研制试验基地,开展国产民用飞机的氢动力改装,推动氢能航空技术体系的论证试点。

  4.发挥中西部地区能源产地和空域资源丰富的区位优势,布局绿色航空技术、产品、安全性等试验基地,推动绿色航空产品方案和安全验证的论证试点。

  8.开展可持续航空燃料在国产民用飞机上的试点应用。基于成熟的可持续航空燃料应用情况,在国产民用飞机上开展不同掺混比例的试点验证。积极开展可持续航空燃料在国产民用飞机上使用的标准、体系和规范建设。

  9.构建绿色航空工业法规标准体系。坚持标准法规先行、标准法规引领,对照工业领域碳达峰碳中和有关标准体系,加快推进可持续航空燃料、绿色制造、飞机拆解等领域标准研制,促进关键技术产业化发展。围绕新能源航空器产品安全、技术性能、市场运营等,加快行业标准制定,全力发展团体标准。开展氢能相关标准前期论证,研究建立氢能航空标准体系。推动绿色航空计量体系建设,加强绿色航空相关计量基准研究,推动计量标准能力提升和关键领域计量技术突破。

  10.建设绿色航空适航审定体系。完善可持续航空燃料适航审定方法,积极地推进替代燃料的适航审定。加强工业方与适航审定方协作,加快推进建立新能源航空器适航审定体系和持续适航体系。强化电动航空器等在飞行性能、结构强度、机载配套等领域初始适航审定,加速满足市场急需的新能源航空器适航取证。开展氢能航空适航审定技术预先研究,加速氢能航空发展。

  1.可持续航空燃料适航审定体系。制定可持续航空燃料技术标准和可接受的符合性方法。开展国产可持续航空燃料的储运加注以及在国产航空器上的适应性研究,并进行试飞验证和试点示范工作。

  2.新能源航空器适航审定体系。开展基于风险的新能源航空器适航符合性设计与验证体系研究,建立符合国情的新能源航空器适航审定标准及符合性技术路径。

  11.建立绿色航空安全监督管理体系。利用5G、北斗、低轨卫星互联网、ADS-B等技术方法,开展星基通信导航监视应用,加强有人机和无人机融合运行研究验证,推进绿色航空服务监督管理数字化智慧化,构建设施互联、信息互通的低空物联网络。加强新能源航空器市场监管,建立健全新能源航空器设计质量保障体系,研究论证新能源航空器安全管理政策。推动建立第三方技术检验测试检验机构。

  12.推动建设新型地面基础设施配套体系。根据各地既有的基础设施条件和经济承担接受的能力,研究论证城市空运、物流配送等设施网络,推动纳入城市交通基础设施布局规划。统筹新能源干支线飞机技术发展与现有机场设施的适配性。研究建设多场景、多层次的起降点网络,具备保障eVTOL等航空器起降、停放、充电等功能。

  加强对绿色航空制造业发展的组织和推动,强化资源统筹和政策协调。加强部门协同和央地联动,积极推动有关部门细化落实举措,有关地区可根据纲要部署,结合本地真实的情况,研究制定地方绿色航空制造业发展实施指南、行动计划,制定细化支持政策和配套措施。

  发挥政府采购作用,推动有关部门、地方政府积极采购和使用绿色航空装备。通过首台(套)重大技术装备保险补偿,支持绿色航空装备推广应用。发挥国家产融合作平台作用,鼓励企业用好绿色基金、绿色债券、绿色信贷、绿色保险等金融扶持政策。鼓励企业充分的利用好市场化投融资渠道。推动社会资本以融资租赁、股权投资等方式热情参加绿色航空装备研制和运营服务。

  支持行业协会、产业联盟、专业机构等通过科学技术创新活动、航空文化科普等方式大力宣传推广绿色航空,提高全社会对绿色航空的认可度和接受度。支持举办绿色航空领域国际性专业化展会、论坛,推动行业交流和信息共享,为绿色航空制造业发展营造良好氛围。强化前瞻性、战略性重大问题研究和决策咨询,引导形成产业高质量发展共识。

  坚持安全为先,开展新能源航空安全宣传教育,提升企业和相关从业人员安全意识。带领企业建立健全新能源航空器质量管理体系,落实安全管理责任制,确保新能源航空器质量放心可靠及运营安全。


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