■ 王智 田野/中國直升機設(shè)計研究所

近年來，隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和政策利好，通用航空產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的黃金機遇期。但在快速發(fā)展的背景下，國產(chǎn)通用航空直升機產(chǎn)業(yè)，尤其是相應(yīng)的國產(chǎn)發(fā)動機產(chǎn)業(yè)，也面臨新的挑戰(zhàn)和更高的要求。

眾所周知，通用航空產(chǎn)業(yè)具有服務(wù)領(lǐng)域廣、產(chǎn)業(yè)鏈條長、帶動作用強的特點，是國民經(jīng)濟增長和高技術(shù)發(fā)展的重要拉動力量。隨著中國特色社會主義建設(shè)進入新時代，通用航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、改善民生和升級消費、構(gòu)建現(xiàn)代交通運輸體系、促進航空強國的建設(shè)具有非常重要的意義。近年來，國家和地方政府相繼頒布了包括《關(guān)于促進通用航空業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》在內(nèi)的一系列對通用航空業(yè)的扶持政策和管理規(guī)定，用于引導(dǎo)、保障和推進通用航空的發(fā)展。

作為航空產(chǎn)業(yè)的國家隊，中國航空工業(yè)集團有限公司也高度重視我國通用航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，確定“市場導(dǎo)向、開放發(fā)展，軍民融合、創(chuàng)新發(fā)展”的原則，與全社會共同促進通用航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

直升機具有機動靈活、起降自由、對場地和空域要求低、應(yīng)用場景多樣的特點，與通用航空的要求天然契合，因此在通用航空領(lǐng)域占據(jù)重要位置。近年來，直升機的保有量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，機隊占據(jù)的比例也在不斷加大。以2017年為例，在全球通用航空市場新增機隊中，直升機的比例已經(jīng)接近30%。我國作為通用航空的新興市場，直升機占據(jù)的比例已經(jīng)超過了1/4。尤其是近10年來，我國民用直升機以接近20%的年增速持續(xù)爆發(fā)式增長，從2009年的不足200架，到現(xiàn)在已突破千架的規(guī)模。另據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)預(yù)測，我國的民用直升機市場將繼續(xù)保持高速增長，未來10年需求量在2500架以上，具有非常大的發(fā)展空間。

直升機在通用航空機隊中所占比例

國產(chǎn)通用航空直升機產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)與應(yīng)對

隨著通用航空產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，直升機行業(yè)，尤其是國產(chǎn)直升機行業(yè)，逐漸暴露出了一些固有的缺陷，在新形勢下面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

運行費用高

直升機最主要的部件都是動部件，導(dǎo)致其使用和維護成本很高，難以建立有效的盈利模式，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的經(jīng)營性運行。因此，當(dāng)前直升機的使用場景更多地集中在石油服務(wù)、醫(yī)療救援、公務(wù)飛行、培訓(xùn)類等特定的應(yīng)用和體驗類非穩(wěn)定使用需求。使用成本偏高，極大地限制了直升機的規(guī)?；瘧?yīng)用。

競爭力偏弱

國產(chǎn)直升機經(jīng)過多年的發(fā)展，雖然已形成了以2t級的AC311系列、4t級的AC312系列、7t級的AC352以及13t級的AC313系列為代表的直升機譜系，在飛行性能方面也不低于歐美同級別產(chǎn)品，但在人機工效、使用維護、運行成本等方面與歐美同類產(chǎn)品差距巨大。在1t級以內(nèi)低成本入門級直升機領(lǐng)域尚無面向市場的產(chǎn)品。

市場占有率低

在我國當(dāng)前的通用航空直升機機隊中，進口直升機占絕對的主導(dǎo)地位。隨著我國通用航空產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，國外廠商對于我國市場也愈加重視，各主要直升機廠商均已或計劃在中國建立生產(chǎn)線。例如，青島空客直升機的H135 系列，陜西貝爾公司的貝爾407系列，合肥萊奧納多公司的AW119、AW139系列，武漢俄直公司的卡-32、安薩特系列生產(chǎn)線。其落地產(chǎn)品范圍涵蓋了應(yīng)用場景最廣泛的2 ～6t級輕型和中型多用途直升機，使國產(chǎn)直升機面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

應(yīng)對策略

在當(dāng)前的形勢下，國產(chǎn)直升機產(chǎn)業(yè)除需要對現(xiàn)有產(chǎn)品線持續(xù)改進，以實現(xiàn)在既有通用航空應(yīng)用領(lǐng)域穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)上，還應(yīng)發(fā)揮本土優(yōu)勢，進一步挖掘適用于我國市場的特殊需求和極大體量誕生的衍生需求，以便同國外產(chǎn)品形成差異化競爭，提高市場占有率。

通用航空產(chǎn)業(yè)政策

例如，截至2018年，我國220kV及以上高壓輸電線總長度突破71萬千米，位居世界第一位。低成本的巡線需求市場空間巨大。我國2018年物流行業(yè)的快遞數(shù)量突破500億元，位居世界第一位。2018年我國高層建筑總數(shù)已達60余萬棟，百米以上高層建筑7000余棟，均位居世界第一位。由此衍生出了非常多的垂直物流乃至垂直交通的需求。

以物流行業(yè)為例，目前80%的快遞量集中在東部城市，西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)還存在很大發(fā)展空間。除了城市中大量的面向“最后一千米”的無人機垂直投遞需求外，西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)50 ～100km范圍內(nèi)的物流集散中心，存在大型旋翼類物流無人機的需求空間。這些都是我國獨有的，容易利用規(guī)模效應(yīng)產(chǎn)生市場應(yīng)用的需求。這一部分需求可通過長航時、低成本的大型無人機來實現(xiàn)。

我國是個火災(zāi)和自然災(zāi)害較多的國家， 每年高層建筑和森林火災(zāi)的數(shù)量居高不下。據(jù)統(tǒng)計，我國每年發(fā)生高層建筑火災(zāi)5000余起；2018年共發(fā)生森林火災(zāi)2478起，這兩類火災(zāi)都給傳統(tǒng)的滅火方式帶來了很大的風(fēng)險和難度，而這恰恰是消防類直升機的長處。

此外，我國也是個地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國家。2018年全國發(fā)生3級以上地震542起，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害接近3000起，因此需要更多的大型多用途直升機來建立健全完善的直升機應(yīng)急救災(zāi)體系。

從地質(zhì)災(zāi)害及破壞性地震的分布情況可以發(fā)現(xiàn)，我國的地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)于西南、西北地區(qū)等高原山區(qū)地帶，對直升機的環(huán)境適應(yīng)性，尤其是高原性能提出了很高的要求。

通過對當(dāng)前通用航空直升機市場上常見的機型起飛質(zhì)量級別分布及其應(yīng)用場景分析可以發(fā)現(xiàn)，目前發(fā)展較快的多旋翼無人飛行器主要集中在輕質(zhì)量及消費級領(lǐng)域。50kg以上具有工農(nóng)業(yè)應(yīng)用前景的大型旋翼類無人飛行器幾乎處于空白，具有非常大的發(fā)展空間。

常見通用航空直升機質(zhì)量級別及應(yīng)用場景分布

在超輕型及輕型直升機領(lǐng)域，以羅賓遜R22, 斯瓦澤S300等為代表的成熟機型，基本依靠成本優(yōu)勢壟斷了超輕型運動、培訓(xùn)的市場。成本因素導(dǎo)致了新的載人機型難以同現(xiàn)有成熟機型直接競爭。但在工農(nóng)業(yè)應(yīng)用、監(jiān)測、巡線、科考等領(lǐng)域，國產(chǎn)直升機可以考慮在此質(zhì)量級別通過以無人化來提高航時、降低直升機的使用成本，以實現(xiàn)該領(lǐng)域的實用化、規(guī)模化發(fā)展。

對于以西科斯基S92、空客H225為代表的大型直升機，其主要應(yīng)用場景是海上石油服務(wù)以及海上救援，因此高原能力并不是特別突出，難以滿足我國高溫高原條件下應(yīng)急救災(zāi)的使用需求，給國產(chǎn)大型高原直升機帶來了生存發(fā)展的空間。

通用航空直升機對發(fā)動機的發(fā)展需求

直升機對發(fā)動機的需求主要有功率、環(huán)境、安全性和經(jīng)濟性需求四大類。

功率需求代表發(fā)動機需要能夠為直升機提供與實現(xiàn)功能要求相匹配的動力，以及對功率的響應(yīng)做到準(zhǔn)確、迅速。環(huán)境需求包括發(fā)動機的起動、使用包線要能滿足直升機的溫度和高度要求，并能夠滿足直升機在沙塵、雨雪、結(jié)冰、海洋等特殊環(huán)境下使用的需求。這兩類需求通常又被稱為功能性需求，也是我國直升機發(fā)動機研發(fā)廠所在軍用直升機研制過程中相對更加重視和熟悉的部分。而在通用航空領(lǐng)域，更關(guān)注的則是發(fā)動機安全性、經(jīng)濟性、舒適性以及環(huán)保的需求。這涉及到設(shè)計理念的轉(zhuǎn)變。

功率需求

經(jīng)過多年的發(fā)展，中國航發(fā)的民用渦軸發(fā)動機基本實現(xiàn)了400 ～1200kW功率區(qū)間的覆蓋，具備一定的市場競爭能力。而在150 ～250kW功率級別的小型渦軸發(fā)動機領(lǐng)域，尚處于空白。這個區(qū)間的發(fā)動機主要用于替代功率質(zhì)量比低較的活塞式發(fā)動機以滿足高性能的大型無人直升機的動力需求。另一方面，2000kW及以上功率級別的國產(chǎn)直升機發(fā)動機仍是空白，這部分的使用需求主要是為大型高原直升機提供動力。

而在活塞式發(fā)動機領(lǐng)域，我國的市場幾乎被Rotex和萊康明等外國公司所壟斷。國產(chǎn)發(fā)動機急需在該功率區(qū)間打破國外產(chǎn)品的壟斷。此外，除了功率等級以外，用經(jīng)濟性較好的重油替代航空汽油，從而降低運營成本也是一個發(fā)展趨勢。

主要通用航空直升機發(fā)動機廠商產(chǎn)品功率級別

直升機需要滿足高原、沙塵、結(jié)冰、海洋等復(fù)雜條件下的運行需求

使用環(huán)境的需求

我國廣義上的山地區(qū)域占比接近國土面積的70%，高原區(qū)域占比是全部國土面積的1/4以上，因此4500m高溫高原的起動以及6000m升限的運行能力，幾乎成為了對國產(chǎn)直升機發(fā)動機環(huán)境適應(yīng)性的最基本要求。除此之外，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景，例如，我國有接近占27%國土面積的荒漠地帶、“一帶一路”沿線國家環(huán)境也以荒漠環(huán)境為主，因此對于多用途直升機的發(fā)動機來說，還需要提高發(fā)動機對沙石的分離和防護能力。此外，還有在結(jié)冰以及海洋條件下的適應(yīng)性。

安全性需求

安全性需求是通用航空的底線需求。同民航運輸相比，通用航空的事故率和死亡率都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民航。在公眾對于通用航空還不是很了解和認(rèn)可的情況下，安全性還代表了通用航空的品牌價值和公眾對于通用航空的信心。對通用航空接受度、參與度均較高的消費升級人群及高凈值人群而言，安全性更是用戶關(guān)注的首要問題。因此，對通用航空直升機發(fā)動機來說，適航取證是最基本的要求。在此基礎(chǔ)上，還需要持續(xù)不斷地提高發(fā)動機、控制系統(tǒng)的安全性，以及實現(xiàn)對故障的預(yù)防性管理能力。

經(jīng)濟性需求

對于通用航空器這種全生命周期比較長、運行成本較高的產(chǎn)品來說，經(jīng)濟性通常代表的不僅是售價，還要用全生命周期的直接使用成本（DOC）和直接維修成本（DMC）來衡量。

作為直升機的三大動部件之一，發(fā)動機的直接維修成本可以占到整機的1/4 ～1/3，而翻修、修理、時壽件的更換可占整機的70%以上。因此延長發(fā)動機翻修間隔以及部件壽命，是降低直接維修成本的關(guān)鍵因素。此外，在全生命周期內(nèi)，消耗燃油的費用可能會占到整個使用成本的40%以上，因此耗油率也是提升發(fā)動機經(jīng)濟性的一個關(guān)鍵因素。

對于渦軸發(fā)動機來說，翻修間隔至少在3000飛行小時以上、外場可更換件的平均無故障間隔至少在700飛行小時以上，耗油率要低于0.29 kg/（kW·h）才更具備市場競爭力。以經(jīng)濟型為優(yōu)勢的活塞式發(fā)動機，耗油率也需要進一步降低至0.215 kg/（kW·h）以下。 除此之外，提高發(fā)動機的維修性、減少維護工作量和負(fù)荷，對于提高經(jīng)濟性同樣非常重要。

結(jié)束語

當(dāng)前是我國通用航空業(yè)發(fā)展的機遇期，也是直升機技術(shù)革命的機遇期。未來的通用航空直升機會持續(xù)向更高速、更舒適、更綠色、更經(jīng)濟的方向發(fā)展。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，直升機發(fā)動機除了需要在通用性需求的基礎(chǔ)上繼續(xù)提高外，還需發(fā)展適應(yīng)未來直升機需求的新技術(shù)。例如，滿足直升機高速飛行需求和直升機降低噪聲需求的渦軸發(fā)動機變轉(zhuǎn)速能力，以及以提升經(jīng)濟性、降低排放和噪聲為目標(biāo)的混合動力系統(tǒng)作為未來發(fā)展的方向。

在機遇和挑戰(zhàn)面前，國產(chǎn)通用航空直升機一方面需要持續(xù)完善現(xiàn)有直升機平臺，在現(xiàn)有的AC311、AC312、AC352、AC313系列民用直升機基礎(chǔ)上，根據(jù)不同用戶需求進行系列化發(fā)展及持續(xù)改進，提高國產(chǎn)直升機在通用航空市場的競爭力。另一方面，根據(jù)通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，適時擴充產(chǎn)品線，實現(xiàn)對大型無人旋翼機市場的占有。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)，直升機廠所需要同發(fā)動機廠所一起，堅持以市場需求為導(dǎo)向，以商業(yè)成功為目的，共同成為國內(nèi)通用航空產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的推動者、國家通用航空戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)的貢獻者。