張彥仲院士：大飛機核心技術是花錢買不來的，用市場也換不來
作者|章劍鋒
視頻剪輯|王絡、劉小藝
視頻拍攝|本站新聞直播中心團隊
出品|本站科技《科學大師》欄目
國產C919大飛機今天正式獲得中國民航總局頒發的型號合格證，這標誌着中國人自己研發的大飛機，可以交付給航空公司投入國內航線運營。
中國人盼望這一天，已經盼了近半個世紀之久。
C919大飛機的研發，究竟有着什麼樣的幕後攻堅，中國人爲什麼必須造出自己的大飛機？
本站新聞《科學大師》欄目本期邀請到中國工程院院士張彥仲來爲我們做權威解答。
大飛機，中國造！大飛機自主工程總設計師權威解碼C919研發進度（來源：why星人）
張彥仲是航空系統工程專家，劍橋大學的博士，中國工程院院士。作爲我國大飛機和航空發動機專項的倡導發起者、推動者和開拓者，近20年，他主持研究提出了我國大飛機專項I、II期的總體方案；主持制定了我國“兩機”（航空發動機及燃氣輪機）專項I、II期的實施方案；主持研究提出了“機載系統提升計劃”，系統地推動我國大飛機、航空發動機和機載事業的戰略發展,是我國航空戰略科學家。
張彥仲現任國家大飛機專項專家諮詢委主任；國家“兩機”（航空發動機及燃氣輪機）專項專家諮詢委主任；大飛機自主工程總設計師，中國商飛公司專家諮詢組組長等職。可以說，C919大飛機就是在張彥仲等核心專家的大力推動和指導下得以誕生的。
“今天接受你們的採訪很有意義，因爲今年恰好是我從事航空事業60週年的紀念日。”張彥仲院士跟本站新聞《科學大師》這樣說。爲了更好地展示國產C919大飛機的風采，張彥仲當天還特地把C919的飛機模型帶進了我們的拍攝現場。
中國工程院院士、大飛機自主工程總設計師張彥仲 資料圖
此前的8月1日，當C919完成取證試飛後，張彥仲特別賦詩一首，表達他的激動心情：
首飛不易適航難，六架雄鷹非等閒。
夏去疆南迎酷暑，冬來漠北盼嚴寒。
結冰遍向神州覓，風側單吹嘉峪關。
莫道審查多峻厲，成功取證盡歡顏。
以下是採訪實錄節選：
一，五年完成3000多項科目試飛，
涉及各種極端惡劣天氣條件
《科學大師》：從2008年開始立項上馬，到現在我們經歷了14年的等待，今年C919完成了全部取證試飛，也取得了適航證，大家非常關心，我們普通人什麼時候能夠坐上C919大飛機？
張彥仲：C919大飛機2008年開始立項研製，經歷了設計、試製、試驗階段 ，歷時9年，2017年5月5日首飛，首飛以後，又先後造了6架飛機進行科研試驗，從事適航試驗和試飛，到現在經過五年，完成了全部的試飛取證工作，今年內是能夠交付給航空公司的。
C919大飛機的領先用戶是東方航空公司，交給東航以後，他們還要做一些準備，比如對機組、機務、乘務、地勤、維護、機場等人員進行幾個月的適應性培訓，完成後就可以逐步投入航線運行，排航班飛行，到時候所有的普通人就都可以買票去乘坐這架飛機。
但還不能說所有人馬上都能買上票，因爲C919現在需求量很大，目前已經有800多架訂單，但是中國商飛公司的生產能力需要有一個逐步增加的過程，從每年生產幾架、幾十架、最後達到年產100架以上。會逐步到各航線上去飛行，我想這也不需要很長的時間。
《科學大師》：C919安全性的問題，是大家比較關心的，這方面請您給我們介紹一下，在安全性上，C919大飛機都做了些什麼工作？
張彥仲：民航的適航條例就是一個安全條例。飛機交付給航空公司之前，要做一系列試飛試驗，都是爲了確保飛機的安全性。C919有3000多項這方面的試飛科目。我們的大飛機現在取得適航證，那就說明它是安全的。我們是用最嚴格的標準和最嚴格的考覈在做試飛試驗，來滿足適航條例的要求。
我簡要介紹一下C919試飛試驗方面的情況：比如強度試驗，要確保飛機飛行過程中某些部件不會發生斷裂，那麼強度試驗就要做到100%過關。還有疲勞試驗，要防止機體受到疲勞破壞，這要做幾年試驗。另外，冬天要飛到海拉爾去，在最低的溫度下看看它能不能起飛，能不能啓動。夏天最熱的時候要飛到吐魯番去做高溫飛行試驗。還有像空中結冰試驗，因爲飛機從天上的雲層中飛過，機翼結冰會有幾公分厚，那會影響到飛機的氣動外形。這個情況下，你能不能除冰，能不能正常飛行，這是要真拿飛機去飛過才知道的。過去我們國家結冰氣象很少，我們是到加拿大去飛，現在受到疫情影響，沒法出國，只能在國內做，所以等了很長時間。
這五年6架飛機不停在做各種各樣的飛行試驗，這都是以上所說的極端條件下的試驗，實際上很多狀況可能你飛機是遇不到的，但是也必須做，比如雷擊試驗，必須用雷去擊打這個飛機。可以說是千錘百煉，所有可能遇到的各種最惡劣的條件、最惡劣的環境、最惡劣的狀況，可能會造成不安全隱患的這些試驗，我們都做了。至於C919在正常航線正常環境下的飛行，那都是很舒服了。當所有這些試驗完成後，我們才能夠拿到適航證。
《科學大師》：作爲我們國家大飛機自主工程總設計師，大飛機領域的著名專家，近距離體驗，您眼中的C919是什麼樣的？
張彥仲：我們的C919大飛機是一款先進的飛機，比如說它的油耗比較低，用的先進材料也比較多，重量相對來說也比較輕，艙內舒適性也比較好，空間比較寬敞，環保性也達到或者超過了國際民航組織規定的標準，應該說在性能上我們是達到了波音737和空客320同等飛機的水平。
我可以這麼說，這一次，我們的C919大飛機不可能落到運10同樣的命運，我們一定會成功的。
15年前中國開始上馬大飛機的時候，國外認爲我們造不成。當時美國航空週刊，就嘲諷說中國人要造大飛機，是“虛晃一槍”。現在C919已經造出來了，說明：我們不是虛晃一槍，我們是真正把大飛機幹出來了!
張彥仲院士：老外笑話我們造不出C919大飛機 我們硬是幹出來了（來源：why星人）
以我爲主，這次C919大飛機，我們中國人自己從設計、製造、試驗、試飛到取證，可以說我們是走完了大飛機研發的全過程。
2017年5月5日C919首飛放飛現場 資料圖
二，別抱幻想，大飛機核心技術是買不來的
《科學大師》：您一直強調說中國必須要造出自己的大飛機，改革開放以來，我們知道在好些領域都存在一個問題，就是流行造不如買、買不如租這種理念，大飛機我們如果一直不自主研發不自主創新，一直買人家的東西，會怎麼樣？
答：首先，中國是一個大國,有14億人口，大飛機的需求量很大，未來市場增長也很快。 2021年9月23日，波音公司的報告說：中國未來20年需要8700架新飛機，價值達14700億美元。同年，中國商飛也預測，到2040年中國市場將接受50座以上客機9084架，佔全球22%。 中國是個民航大國，不能長期依靠進口國外飛機，受制於人。靠從國外買飛機，也存在受制裁的風險，所以中國一定要發展自己的大飛機。
我們每年幾百億、上千億花在買飛機上，過去的邏輯是：造不如買、買不如租。我們現在要倒過來！ 我們首先要花更多錢來研製、製造自己的飛機，形成獨立的、自主的能力。
其次，大飛機是工業之花，是高端裝備製造業的代表，是創新型國家的標誌性工程，也是製造強國的標誌。能不能造大飛機，造不造得出大飛機，這代表一個國家工業化的水平。日本通產省以前做過一個研究：按單位重量的GDP統計：如果船舶爲1，那汽車是9，計算機300，大飛機800，航空發動機爲1400，就是說如果按照單位重量來算，每公斤可實現GDP增長的價值。從這個比重可以看出，大飛機絕對是高科技產業，可以這麼說，如果一個國家只能造摩托車，他們的工業化水平也就是一箇中等製造業的水平，而能夠造出大飛機、能造出航空發動機，這個國家就是處於高端製造水平，這也是國家整體實力的體現。
第三，大飛機的研發帶動相關產業和科技的發展，它的技術80% 都可以轉用於其他產業，帶動材料冶金、裝備製造、電子信息、計算技術、流體力學、固體力學、熱力學、材料科學、信息科學等的發展。像3D打印的技術，最早是用在航空上，現在用在汽車上的不少技術，也是從航空上來的。
現在世界上有能力造大飛機的國家和地區，就只有兩家，一個是以美國波音爲代表，另一個是以歐洲幾個國家聯合起來的空客爲代表，所以我們中國要力爭快步趕上去。
從C919目前研製的情況看，全國已經有20多萬人、20多個省市 、200多個企業和70多個高等學校參加，可以講是舉全國之力在做這件事情。我們要成爲一個強國，就應該把中國的裝備製造業水平搞上去，把我們的大飛機搞上去。
《科學大師》：我們一度想以市場換技術，用錢買技術，爲什麼最後還得自己來造大飛機？
答：我們國家大飛機發展的技術路徑，長期就有內外之爭，主要焦點是：走自主研製還是走國際合作的途徑？
1984年，我們自己設計的運10飛機下馬後，有的人認爲：中國自己研製和取證大飛機的能力不足，必須與國外合作。後來就與麥道合作。麥道合作項目共總裝生產了34架MD-82飛機，由於麥道公司後來被波音公司兼併而終止合作。
90年代初，我們國家決定上馬100座民機，中國航空工業總公司先後與韓國、新加坡、法國、意大利等國談判了幾年，尋求合作，於1996年4月11日，在愛麗捨宮與法國宇航簽訂備忘錄，確定與法、意等合作發展AE-100飛機。可是，由於對方缺乏合作誠意，對外合作進展艱難，AE100項目於1998年下馬，也夭折了。
這幾十年間，可以講我們在大飛機技術的引進合作方面是走了一條艱難、曲折、坎坷的道路。
後來，國家大飛機重大專項專家委員會認真研究總結經驗教訓，我們認爲：把發展大飛機的技術路徑，建立在依靠外國人主導的基礎上是行不通的，航空核心技術是用錢買不來的，也是用市場換不來的。只有走自主創新、自力更生爲主的道路，才能造出自己的大飛機。因爲誰也不可能把大飛機和航空發動機這麼高端的技術賣給中國、讓給中國，這絕對是走不通的。
大量買國外大飛機，能不能按期交貨，拖進度，尤其是非常時期，他可以不賣給你，可以卡我們脖子。飛機買回來之後，還有很多維護工作，還有易損件更換工作，這都需要他們長期供應，如果我們都買國外的飛機，人家不供應人你，不賣給你，那就麻煩了。
所以我們專家委提出，我國發展大型飛機的技術途徑必須是：堅持自主創新，自力更生爲主，同時也不放棄國際合作。
飛機的研製以自主創新、自立更生爲主，主導飛機的總設計、總裝製造和總銷售服務。採用先進成熟技術，集成世界先進的航空技術；整機先行，帶動配套，研製具有自主品牌和市場競爭力的大型客機。
部件採用主製造商—供應商模式，進行專業化研製生產，面向國內、外招標、採購，以確保質量、控制成本、保證進度。這也是世界上大公司研製大型客機的成功經驗。
總之，飛機總體自主研製，以我爲主；我們沒有適航證的發動機、部分機載設備和材料實行全球採購，同時積極開展國際合作和自主研究。實行自主研製爲主與國際合作相結合的“內外結合”技術途徑。從目前階段來看，我們認爲是可行的，也是科學的做法。
出席C919大飛機研發主體中國商飛公司浦東基地奠基儀式 資料圖
三，發動機和其他核心部件是用國外的，
C919的國產化率究竟有多高?
《科學大師》：您剛纔也提到我們的大飛機以自主研製爲主，但同時也要與國際合作，現在有人說C919我們自己只是造了一個外殼，然後發動機等核心的部件，如果都是用國外的，那它能算是我們中國自己的大飛機嗎？
張彥仲:我可以從八個方面來講一講，爲什麼說C919是中國自己的大飛機。
1. 自主設計：自主完成總體設計、氣動設計、結構設計、系統設計等。氣動設計：完成了先進超臨界機翼、機頭機尾、翼梢小翼、吊掛等的氣動設計。氣動阻力比國外現役同類飛機低;結構設計，新材料使用減輕了重量：新材料佔結構重量的26.2%，其中：複合材料11.5%；第三代鋁鋰合金7.4%；鈦合金7.3%，比國外現役同類飛機高;系統設計：完成了先進的飛控、航電、電力、環控等系統的設計。
2. 自主製造：C919飛機90%的機體部件都是國內製造的（高於波音、空客），機頭：成飛； 機翼：西飛；前機身：洪都；尾段：沈飛等。
3. 自主集成：飛控系統集成：控制率必須自己設計，國外禁運。航電系統集成：電力系統集成；燃油系統集成；環控系統集成。液壓系統集成；剎車系統集成等。
4. 自主試驗:風洞試驗；強度試驗；鐵鳥試驗；銅鳥試驗。
5. 自主試飛：首飛：滑行、起飛、着陸。邊界包線：最大航程、最大升限、最大速度、最大起飛重量等。風險科目試飛：空中結冰、大側風、最低速起飛、失速、顫振等。取證試飛：高溫、高寒、高原等。
6.自主適航取證:走完了CCAR25部的取證全過程，完成所有科目試驗、試飛和審查。
7. 擁有自主知識產權：到2019年底，申請專利：1900項。
8.形成自主品牌：中國C919—全世界都知道是中國的大飛機。知名的品牌。
我需要說明的是，14年前C919大飛機開始研製時，採取了主製造商-供應商的模式。我們自己承擔大飛機的總設計、總製造、總集成、總銷售等總體任務。部件製造儘量立足全國企業。C919飛機的機體部件都是國內製造的（高於波音、空客）。像波音的客機，它有一多半的機身部件，都是其他國家給他生產的，日本有他們的供應商，我們中國也有，我們C919大飛機，90%以上的機體部件都是中國製造的。
爲了取得適航證，我們實施全球招標，選取了一些國內當時沒有適航證的國外設備。如：大涵道比渦扇發動機、部分機載設備。在全球化時代，世界各國的民用飛機如波音、空客和俄羅斯、加拿大、巴西的公司，也都是這樣做的。
近年來，國際形勢發生百年不遇的變化，逆全球化和單邊主義擡頭，航空工業也面臨外國卡脖子的危險。
其實發動機和機載設備的自主研製，在大飛機立項時也作了安排。現在C919研發出來了，我們也一定要加速研製中國自己的航空發動機和機載設備。
《科學大師》：您說到發動機和機載設備的自主研製在大飛機立項時實際上也做了安排，但是這個進度滿足不了要求？
答：它的研製規律是這樣的，飛機研發一般來講10-15年。發動機需要的研發時間會更長，得經過15-20年的時間，纔有可能研製出來。所以兩者之間存在時間滯後效應，全世界也都是這樣的。
張彥仲：造出自主可控的大飛機，我們必須啃下航空發動機這塊骨頭（來源：why星人）
四，美國的適航證難不到C919,
已與27個國家和地區簽署雙邊適航協議
《科學大師》：適航證這個，我相信大家也很關心，到底我們能不能拿到美國適航證？如果我們的C919要走向國際市場，適航證是不是一個關鍵？
張彥仲：C919大飛機現在取得我們國家自己的適航證，即將投入國內航線運營，可以講這是一件很不容易的事情，值得慶賀。
航空器適航證（airworthiness certificate），是由適航當局根據民用航空器產品和零件合格審定的規定，對民用航空器頒發的證明該航空器處於安全可用狀態的證件。它的宗旨是：保障民用航空安全，維護公衆利益，促進民用航空事業的發展。
飛機制造商的新機型要在全球市場上投放，除了要得到製造國的適航證，還需要獲得進口國家相關監管部門的證明。適航認證就像一張安全通行證，只有得到了這張通行證，纔可以進入這個地界。
適航認證是主權國家的一種權利，是由主權國家政府部門對在該國飛行的航空器頒發的一種官方文件。這些國家得到了適航技術標準以後，作爲法律頒佈到自己的國家，就成爲了我們所說的適航認證文件。
由於世界上的許多國家暫時不具備檢測航空器是否達到飛行安全的技術，所以就默認使用美國聯邦航空管理局FAA適航認證標準，長時間演變過程下來，美國的FAA適航認證就變成了“多國認可”的適航技術標準，但我必須強調，它並不是全球性的國際標準。
我國所依據的就是中國民航局CAAC的適航認證，是我國自己推出的標準和體系。其中的一些內容，也借鑑參考了美國FAA和歐洲的EASA適航認證標準，總體上是一致的，甚至更爲嚴格。我可以講，中國民航的適航標準是世界上最嚴格的標準之一，中國民航發的適航證是國際上最可靠的適航證之一。
在中國國內市場上，我們的大飛機需要有中國民航局CAAC的適航認證，才能在中國的國境內進行商業運營。美國聯邦航空管理局的適航認證，並不是我們國產飛機在自己國內運行的必須條件，除非這款飛機要賣給美國，在他們境內運行，才需要考慮美國聯邦航空管理局FAA的適航認證。或者說只要國產飛機不進入美國航線，就不能用美國的適航認證來管中國的飛機。
另外，我國已經與世界上27個國家和地區簽署了204份雙邊適航協議，適航互認，包括加拿大、巴西、新西蘭、澳大利亞、俄羅斯等。C919國產大飛機除了在國內運行外，也可以出口到這些與中國簽署了雙邊互認協議的27個國家和地區進行商業運營。
當然，我們最後一定也要走向全世界，要逐步取得國外適航證。由於地緣政治的影響，還要一個過程。我們先在國內飛，再飛到國外去。
2017年12月，在國產CJ1000AX發動機下線儀式上 資料圖
五，航空發動機研發太難，但我們一定要把它啃下來
《科學大師》：那講到發動機，我們C919大飛機目前用的還是國外的產品，大家一直說發動機很難造，爲什麼這麼難造？
張彥仲：航空發動機被稱爲製造業皇冠上的明珠。它有“四高”的特點，指的是“高溫、高轉速、高負荷、高推比”。高溫，航空發動機內部的溫度高達2000開氏度以上，超過了材料的極限。高轉速，幾萬轉/分，小發動機可達6萬轉/分，葉尖的速度接近音速，一次連續工作十幾個小時。高負荷，承受本身重量幾千倍的離心力，一個葉片承受的負荷，相當於一輛小轎車的重量。高推比，就要求發動機的推力盡可能大，重量儘可能輕。有些航空發動機的推重比達到10、12以上。
民用航空發動機還要求低噪音、低排放、長壽命，要求噪音低於環保標準。低排放，要求排放盡可能低，排放的標準愈來愈高。長壽命，民用發動機的壽命已達幾萬小時，甚至要求超過汽車發動機的壽命。
這“四高、二低、一長”的要求，壓在一個小小的航空發動機身上，帶來了設計、製造、材料和試驗等一系列難題，也受到科學理論、實踐經驗、工程基礎、工業水平的制約。最後，無不不是反映在這顆皇冠上的明珠很難獲取。
目前，世界上只有美歐俄少數幾個國家能夠掌握航空發動機技術（俄羅斯主要還是在軍用發動機方面），所以航空發動機在材料機械製造方面的技術是非常之難，門檻是非常之高。
70年以來，我國航空發動機經歷了引進修理、測繪仿製、改進改型的發展歷程，正在向自主研製轉變，我們自己一共研製生產了80多種型號、6萬多臺航空發動機。但是，民用飛機如：新舟渦槳飛機、ARJ21支線飛機 、C919客機，還採用國外發動機，成爲瓶頸。我們有信心，一定要把中國的航空發動機造出來！
注：文中圖片取自《劍橋學子航空人》一書