大飞机科普（二）——ARJ21项目15年得失

万磁王

大飞机科普（一）——明白客机的制造流程
大飞机科普（二）——ARJ21项目15年得失
大飞机科普（三）——运-20 C919落后吗？
原作者：leeone  


ARJ项目之前中国的大客机情况
　　在说ARJ项目前，大家都会清楚知道中国并不只一次向客机领域发起挑战。运-10是第一次尝试，在这之后还有ATFA（与麦道合作）、UHB（与波音合作）、MPC-75（与德国合作）、AE-100（与空客合作）、NRJ（西飞自主研制）等项目。但是种种原因先后都失败了，但是对于日后ARJ乃至商飞的成立，这些尝试却是有深远影响。
　　ATFA——让上飞在运-10下马后，学习组装MD82和MD90，也为ARJ21日后的设计和建造带来深远的影响，无论是正面还是负面。
　　MPC-75——让西飞开了眼界，也是让中国第一次系统的学习到民航机的设计要求，知道应该从哪里入手设计民航客机，也培养出一批技术设计人才，包括ARJ21总设计师吴光辉。之后这些资料和人才都归到了上飞，商飞手中。
　　AE-100——个人认为这个事件让让中国看清楚了以“技术合作”为诱惑，最终沦为打下手负责制造不是造客机的出路。这个深深影响了ACAC为何要坚持按波音路子走。

上海的MD-82组装线

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MPC-75项目的构想，这个计划流产，但是影响了福克F-100客机

　　在文中会涉及很多单位，大家有必要清楚了解这些单位的来历和称呼，尤其理解之间的关系才能明白ARJ21到底是怎样出来的，了解这些历史是必要的。
　　AVIC-1——中航一集团，这个不用多说了，林左鸣也算是ARJ21之父。
　　ACAC——中航商用飞机有限公司，中航商飞，股东有中国航空工业第一集团公司、上海航空工业集团、西安飞机制造厂、原西安飞机设计所、原上海飞机设计所。是属于中航一集团的公司，ARJ21严格来说是属于中航一集团的项目。算是中国商飞的前身。
　　FAI——中国航空工业第一集团公司第一飞机设计研究院及其上海分院。2003年6月，西安603所与上海640所实行“东西整合”，上飞和西飞之争下的产物。
　　在当时大飞机有三争，“干支之争”  “对外合作与自主研制之争”和“东西之争”，当时没有谁敢说自己的路子就是对的。正是ACAC本身的不足，导致需要成立FAI，又因为FAI和ACAC工程部的对立，最终导致了ARJ21坎坷命运，一切都从AE100项目说起。

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中国为什么要造ARJ
　　当AE100项目之后，中国就已经意识帮人打下手学造客机是不可行的。中国有当时有两家企业具备造大飞机的条件，一个是上飞，一个是西飞。但是应该造什么客机上飞和西飞有分歧，西飞在尝试NRJ项目失败后，索性将自己从MPC-75项目学到知识用到运-7上，创造了现在的新舟60支线客机。在2000年时候，当时国家预期到2010年时候国内支线客机需求会有900架，决定上马支线客机。这样以地方政府为背景开始争夺这个项目，最后ARJ项目落户上海，ACAC也顺理成章的成立了。

AE100，空客就是想做一款A320的缩小版本用于支线市场。由空客设计，中国生产。这个项目流产后，空客生产了A318，就是AE100衍生来的

　　题外话1：我不想评论为什么ARJ项目落户上海，毕竟这个是政府的最后决定。按技术力量来说，上飞确实不如西飞，中航也希望西飞能成为中国西雅图。但是民航客机投产要考虑的很多因素，波音也曾经考虑为能更好的影响华盛顿决策，将公司厂房搬到东岸去（研发747那时）。
　　无论如何，ARJ21项目正式启动，ACAC的思路很清晰。ACAC明确表示：我们不谈技术合作，我们的原则非常明确，作为ARJ21-700飞机的主制造商，我们需要的是“风险合作伙伴”，我们需要享受与其他飞机制造商同等的商业地位，自己设计自己按要求找供应商，供应商只是提供符合要求的产品。
　　这个也得到了中航AVIC-1的认同，当时的民机部部长汪亚卫指出，大量选择美欧知名厂商成为主要系统供应商，最主要目的就是拿到国际适航证，将中国的商用飞机卖到国际市场，ARJ21-700飞机取得国际权威适航证的意义已经超越了项目本身的意义。比如说之后选择GE引擎，作为回报，GE公司帮助ACAC与美国FAA建立了联系。在经过911的打击后，整个民航市场萧条，当时几乎没什么新机型开发计划。当国外供应商知道ARJ项目，非常愿意参加。
　　2006年5月，FAA在上海设立办事处，美国记者在记者招待会上提问：ARJ21-700飞机是卖到中国市场的飞机，为什么FAA要到中国来为它颁证？FAA的主管回答说：“原因在于，ARJ21飞机上有美国人的利益。你知道吗，19家系统供应商里有三分之二是美国的供应商，他们的利益体现在占机体价格40%的机载系统里面。”
　　题外话2：大家看到FAA主管的回答，应该可以理解ACAC的思路，同时也解答了国产化率问题。民航和军机不同，民航有太多的条条框框，对飞机有，对飞机的零部件同样有，而且这些规定还是竞争对手设定的。你想自己的飞机能卖，要不就取代美国成为霸主，让全球都认同中国制定的规则（CAAC），但是这个几十年都未必能实现。那么剩下的就是利益捆绑，让这些供应商参与进来，让他们帮你说话，毕竟900架的市场预期也足够可以这些供应商看到利润。苏霍伊的SSJ100有很多欧洲供应商，所以SSJ100也顺利的拿到了欧洲的适航证。
　　所以ACAC要招供应商并不难。2003年，12家系统供应商全部选定之后，100多人的供应商队伍与中国的工程技术人员组成了联合工作团队，来共同定义ARJ21-700飞机上所有的系统与设备。他们的工作范围涉及工程、计划、采购、适航、技术保障、制造、质量、产品支援、IT等多个专业。
　　从2000到2010年，黄金10年的发展谁也没估计到中国进步神速，让原来预估的支线客机航线变成了干线客机航线，加上高铁的发展让ARJ预计市场消失，这个是后话了。

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ARJ磨难开始，艰难的项目JDP阶段
　　在我看来，ARJ项目有3个节点出现严重延迟。这里先说JDP阶段，如果看过大飞机科普1的就知道JDP阶段的作用。在说ARJ项目前，说一下我个人经历。我曾经是个项目经理，就是合同上的乙方。在做项目时候，甲方给钱，他们提出要求，我根据他的要求实现方案。但是最怕需求不明确，造成拖延，可能会很悲剧。尤其遇到一个有点主见但是又不是最后定案的人。当需求不明确就会影响到整个项目进程，所以“干死那些甲方”是每个项目经理的夙愿。回头说ARJ21在JDP项目遇到的问题。
　　从ARJ21项目立项看，ACAC是上飞为主导。上飞希望像波音、空客那样思维模式造飞机，自己做设计，产品供应商提供。但是上飞底子确实很差。现成的经验就是组装MD82来的，所以希望ARJ21以MD82为基础。但是ACAC里面参与实际建造的西飞更倾向于737这样的翼挂布局。ARJ21从设计上已经开始有争议，其实两家取长补短是最好的事，中航也是这么想的，所以最后为了解决争执，在2003年成立FAI，本是想通过联合设计方式去解决争执，但是最终又演变成FAI和ACAC工程部之间的争执。
　　在这里，我个人不想评价到底谁对，但是造成的混乱却是事实。在ARJ与供应商进行联合定义工作（JDP）时，本来业界普遍只需要用半年到一年时间完成，但是ARJ21项目却用了两年零八个月的时间，而且最终还是ACAC在2005年强制终止JDP阶段，因为这个过程极度混乱，从来没有一架飞机经历过这么多的更改。正如我提到的，如果甲方需求不明确，那么下面的供应商就会无所适从，进而影响到后面进度。
　　题外话3：一山不能容二虎，一架飞机由两个人主导肯定不会有好下场。大家记得日本二战的赤诚和加贺航母吗？平贺让和藤本不二雄两位大神互相改设计，终究造成了三甲板的10炮台的奇葩设计。而在波音747的开发过程，波音也内部也有太多官僚，当2707项目（波音超音速客机）下马后，高层认为乔萨特太年轻，又想安置2707那些经验更好的总师，于是中途给747项目加一个总师。结果乔萨特一赌气，项目只有一人做，要不我走，要不我做。波音高层不敢赌，最终让乔萨特来完成747。

波音2707超音速客机，政府拨款立项。按乔萨特的说法，波音最有前途的人去玩2707，被公司遗忘的人才会玩747

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　　ARJ21项目在JDP阶段，近3年时间都没有完成确是铁一样的事实，也是ARJ项目往后混乱的开始。在这之后，ARJ项目已经不被外界看好，因为当时中国政府所保护的支线客机市场已经开放给ERJ这些机型，供应商也怀疑ARJ项目是否已经失去了政府支持。而事实上FAI已经考虑另起炉灶，重新设计一架飞机，和当年NRJ项目相同，2+2座位，翼吊布局方案。外面已经有太多的传言说项目延迟或者不保。

西飞设想中的ARJ，是类似今天ERJ175一样的布局，2+2机身，翼吊发动机。也就是当年西飞自主的NRJ项目方案

　　ACAC是非常希望能按时交付，面对外界不利传闻，ACAC终于要给出时间表。2004年10月19日，ACAC正式向外界宣布：“ARJ21-700飞机首飞时间改为2007年7月30日；完成合格审定试飞时间改为2008年5月31日；首架飞架交付客户的时间推迟到2008年8月15日。”
　　个人点评：民航客机公布项目时间表是在JDP完成后，根据项目评估后才会发布的。但在2004年10月19日，实际上ACAC连和供应商进行联合定义工作（JDP）都还没完成，供应商连自己需要提供的产品要求都没确定。ACAC是想借公布时间表逼FAI就范还是想稳住外国供应商，我们不得而知。也正因为这个时间表，成为了日后商飞“吹牛皮”的话柄。

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ARJ的工程阶段，总体而言没大拖延
　　FAI与ACAC在设计上的争论越来越突出，ARJ项目的混乱终于让老大看不过眼。AVIC-1成立评审组，FAI也借此机会将自己的翼吊方案提出来让审评组判断。以顾诵芬院士为组长的专家评审组否定了FAI的这个方案，非常明确地表示：目前，ARJ21-700飞机没有重大的颠覆性问题，看不出有改为翼吊布局、或将机身缩小为4排座等做出重大方案性改动的必要。时任AVIC-1副总经理、主管发动机项目的林左鸣，在那次会上也非常坚决地对黄强表示：关键时刻，大局为重！时任FAI院长的黄强终于下决心放弃翼吊的设计方案。直到2005年9月，西飞最终让步，让西飞的设计主力参与ARJ21项目。同年底，黄强调离了AVIC-1。可以说这时的ARJ21才正式开始设计定型、落实和供应商设备。
　　明确工作后，ARJ21项目在2005年9月进入工程阶段，2007年1月总装下线，到2008年12月首飞，其实只3年多的时间就让ARJ21从图纸变成实物首飞，这个时间是可以的。但是不可否认的是这个阶段充分体现了上飞的落后，很多生产理念，生产工艺都是西飞的帮助下改进完善的。这个说多都是泪，上飞应该是国内这么多厂商里面技术底子最薄弱的。而且前期JDP的混乱其实在这阶段也体现了出来，并且留下了暗病，只是还没首飞，这些问题都没有暴露出来。
　　但是无论如何，从2002年4月立项到2008年12月首飞，排除了底子薄弱问题，真正造成延迟应该就是JDP阶段，这个延迟时间应该有2年。而对于ARJ21来说，更大的拖延在试飞后才出现，也是本文的重点。

在工程阶段，ARJ项目的拖延主要来自供应商交付，但是时间也不多。估计为推迟半年，主要是飞行软件问题

飞机制造公司设计，通过风险共享找供应商模式，波音第一次玩也亏大。对更没经验而言的ACAC，出现供应商产品延迟是必然的学费

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真正拖延的开始，商飞的学费
　　先来看看飞机首飞到投入运营有哪些阶段标志。
　　获得型号核查书（TIA），这个是开始认证飞行标志，代表你的飞机已经调试好，可以按民航局制定的适航证调理开始验证测试；
　　适航验证飞行，按照飞行大纲完成所有科目；
　　补充测试，对于一些新机型，需要进行项目补充测试；
　　最终合格审定会议（TCB），就是对之前的测试进行总结分析评估，讨论该机型是否符合要求；
　　型号合格证（TC），有了这个证，代表飞机型号验证通过，同时会获得单机适航证；
　　单机适航证（AC），每一架出厂的飞机都有这个证，表示这一架飞机可以安全运营。
　　ACAC当年预计首飞后不到一年就完成审核试飞，首飞后一年交付用户。好吧，这个时间制定实在太乱来，尤其是ARJ21在立项时候就明确以过FAA为标准的。难道把这个忘记了？那么来说一下ARJ21首飞后遇到的问题。在ARJ首飞后，发生了很多大事。
　　1、商飞成立，原来是中航的ARJ项目，变成了新公司商飞的项目，ARJ21从中航变成商飞。
　　2、到2008年，原先所想的900架支线客机市场被大量的干线客机代替，干线客机以737级别为主。150座客机成为中国最需求的机型，也促使了C919项目的启动。
　　3、为了和美国FAA达成双边认证，ARJ21项目作为了双边认证的载体。通过这个型号的审核，FAA去评估CAAC的能力。
　　此时的商飞，全心去造更有市场前景的C919，而ARJ21的市场没有预期好，ARJ项目真正的麻烦终于开始了。首先，第一个恶果就是2009年进行压力测试时候不过关。这是在首飞前减重阶段时，FAI更换了材料导致的。除此之外的麻烦事还有很多，比如供应商提供的配件与飞机的兼容问题等。按往常，客机首飞后很快就会进入到取证飞行阶段。但是ARJ在前期实在积累了很多问题，不解决好是无法开始取证的。这个就是ARJ21项目第二个长时间延迟的节点。
　　我找到一篇2011年当时分析ARJ21项目的原因，那时还是写着2013年交付，但是这篇文章很好的分析了ARJ21项目存在的种种不足，基本就是上面提到的内容。http://www.doc88.com/p-369144789548.html

而里面说从商飞提供的一个时间表，在获得了型号核查书后，T+1月可以完成适航证飞行，T+3月完成FAA补充地面测试，T+6月获得适航证AC，交付客人，这个显然过于乐观

　　题外话4：做项目，在项目交付前都要进行测试，所谓的debug。比如一款网游，在开发人员内部测试后，就会小范围的内测，然后进行公测，最后才正式上线运营。波音空客经验好，基本上首飞后不久就获得TIA开始取证飞行。但是ARJ21忙于应付各种问题，从2008年11月首飞到2012年2月，3年多的时间飞行了1800多小时，但是都还没获得TIA。这1800小时就是商飞的学费。付出3年时间代价。
　　这段时间ARJ21都在忙于各种试验解决机体问题，当然同时也对外宣布取得各种成果（当然很多确实是中国首次的试验）。但是无论如何难，ARJ21经过了3年多的调试后，终于要开始取证了。

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认识飞机的各种证
　　大家老说适航证，其实一架飞机要获得的证非常多。从设计到零部件都要各种的证，十来个之多。最主要的是：
型号合格证（英文名称：type certificate）
　　当民用航空产品的型号设计符合相应适航标准中的适用要求，符合适航当局规定的专用条件或具有适航当局认可的等效安全水平，其持续适航文件已获得批准，在运行中没有不安全的特征或特性时，由适航当局向申请人颁发的证明性证件，TC。在中国其实这个就是适航证。
生产许可证（英文名称：production certificate）
　　在适航当局审查了申请人的质量控制资料、组织机构和生产设施后，认为申请人已经建立并能够保持一个合格的质量控制系统，能够确保所生产的每一产品均能符合型号合格证的设计要求，由适航当局向申请人颁发的证明其生产能力的证件。
型号认可证（英文名称：validation of type certificate）
　　对于进口的民用航空产品，在适航当局按其规定审查后，确认该产品满足飞入国的有关适航要求，由飞入国适航当局对该产品的型号合格证持有人颁发的证件。
适航证（英文名称：airworthiness certificate）
　　由适航当局根据民用航空器产品和零件合格审定的规定对民用航空器颁发的证明该航空器处于安全可用状态的证件，AC。
　　适航证是进入其它国家国门的门票，所以最被看重。其中FAA，EASA是最被认知。很多国家直接将其作为自己的适航条例（其实中国也一样）。大家以为FAA就管飞机审核，其实FAA管辖的范围不只是对民航客机，而是对整个民航相关的，包括航空公司运营，机场运作，零件生产，维护，空域管理，都属于期监管范围。就连军方，如果与民航安全相关，也可以通过政府协调解决。比如发生军机撞民航客机事故，FAA根据调查报告发现军机航线或飞行方式影响民航飞行安全，那么就会要求军方作出修改。
　　适航证根据航空器材也有不同。比如运输类航空器级别不同，有多部法规。针对30座以上的机型，FAA是FAR-25这部法规，而在中国对应的就是CCAR25。大家以为适航证是针对机型，其实适航证是针对每一架飞机的。每一架飞机，都有单独颁发的适航证。
　　同时FAA也为政治服务。98年巴基斯坦与美国交恶，FAA便以巴基斯坦航空的747-200、747-300维护不标准为理由（事实美国本身就有大量这样的机型），拒绝巴基斯坦航空客机飞入美国领空。到了911后，为了感谢巴基斯坦提供基地。FAA就取消了这个禁令。EASA说普京的伊尔-96不安全，不给普京飞过欧洲，普京说我断你天然气。然后就没事了。。。。
　　题外话5：适航证是航空大国的行业壁垒。FAA的条款，波音帮忙制定。同时欧洲的EASA，也是空客帮忙制定。但是商飞，是否能帮助中国的民航局制定自己的CAAR呢？我们通常只看商飞不如空客和波音，但是没看到人家软实力。他们国家可以自行订制适航证，但是中国民航局适航证就是照抄FAA，还不具备自己“议价”能力。所以大家在纠结商飞机型能否能卖出去时，先关注下自己软实力达到美国，欧洲水平没？

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双边认证协定
　　很多人会说，为什么巴西，加拿大，取证这么简单。首飞一年半就可以取得FAA认证，中国ARJ却搞这么久。大家有没留意，波音的飞机，获得FAA就能自动获得EASA。同样，庞巴迪或者巴西宇航获得了本国的适航证，就可以自动获得FAA认证。因为国与国之间签订了双边认证协定。有了这个协定，是“自己人”，FAA承认你的认证满足FAA要求，自然速度快。
　　怎样才能获得这个认证，简单，你的影响力上去了，或者是美国的“自己人”，人家就可以给你搞这个认证。但是这个认证不只是针对一款飞机，而是评估你整个民航系统，从飞机制造，零部件制造，民航认证流程及方式，法律法规都有考察。所以要获得这个认证，ARJ21就是载体，而FAA就在旁边看，看你中国民航局CAAC是怎样给ARJ21这飞机评估，颁发国内适航证的。大家要明确，FAA要评估的可不只是ARJ这一款飞机，而是中国整个民航系统。中国和美国其实已经签署了有限的适航证双边协定，但是只针对CAAR23规定的航空器，也就是运-12这种轻型机，可以出口到美国。但是全面的适航证双边协定就有难度。说白了，这个是国家与国家的角力。美国和俄罗斯在这方面根本就尿不到一块，而中国和美国玩这个，关系很微妙。
　　个人观点：适航证其实也是个行业壁垒武器。如果签发了这个双边认证，等于对中国商飞开放了美国市场。虽然还可以在其它方面卡中国，但是准入证是开出来了。美国人会否顺利让中国签这个很难说。尤其现在ARJ的订单并没有让美国供应商利益大到无法抗拒。美国也很精，反正ARJ21的审核没完成，就不开始进行C919的审核。这个是让人担心的地方，毕竟C919  737MAX A320NEO可是同时出来打擂台的。
　　但是只要中美签署了这个协议，C919就可以像庞巴迪那样，自己取得国内适航证就自动获得FAA。一款飞机只要不出现问题，首飞到取证也就2年不到时间，不过到时会不会有人说不敢坐呢？
　　关于国内适航证双边协定，有兴趣可以看这个文章，你会发现，人家给机会你玩，你自己都没人懂怎么玩。http://www.docin.com/p-480047558.html
　　另外再多补充一个资料，关于中美适航证双边协定方案，这个是针对运-12级别，CAAR23部的流程，签订时间是1995年的。通过这个，大家可以了解下双边协定。更复杂的CAAR25部能否过，这个看中美角力结果。http://www.doc88.com/p-0761674592881.html

中美双边适航协议实施程序细则

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测试的过程本身就是学习的过程
　　ARJ21从2012年2月开始取证，走得并不顺利。按民航局的计划，ARJ21应该飞行1500小时就可以完成认证飞行，获得国内颁发的适航证，也就是CAAR25。国内CAAR25是紧跟FAR25标准。而FAA完成影子审核，然后决定中美是否签署适航证双边认证。算盘是这样，但是2012年一年下来，ARJ21只完成了285小时的取证飞行时间。对比空客A350，不到一年时间就飞了800多小时的取证飞行时间。ARJ的第一年验证飞行比原计划是慢，所以商飞不得不再次推迟交付时间。
　　为什么慢，举一个ARJ21测试失速的例子，就是简单的一个测量方式的讨论。
　　商飞和试飞院做ARJ21-700飞机的失速试飞都是第一次，在采用何种方法试飞上都有一个相互切磋、相互认识、相互理解的过程。试飞院以往做失速速度验证时采用的是前支杆，效果不错，也积累了丰富的经验。试飞院主张用前支杆测量。但对像ARJ21-700飞机机身这么粗、这么长的飞机用前支杆合适吗？对民机的速度校准，FAA的通常做法是用拖锥。开始试飞时商飞发现前支杆的支架对飞机机头安装的空速探头存在气流干扰，主张用拖锥。但改用拖锥无疑给试飞增加了难度。商飞同试飞院、局方进行了多次讨论。大家都是为了圆“发展中国民机产业”这个梦才走到一起来了，尽管以前做失速速度试飞未用过拖锥、尽管试飞难度大，试飞院还是采用了拖锥，保证了所测数据精准、可靠。
　　别人定制了标准，但是没教你怎样测试，你想玩，一个字，“学”！
　　FAA的每一个条款，都需要花时间去学着怎样审核。在组织试验本身就是一个学习的过程。而且FAA要检验的不只是商飞，还有民航局，试飞院等系统。1500小时背后，需要付出更多的时间进行协调（大家可以想象中国跨部门的效率）。这反映出中国民航局本身对型号审定能力和基础都存在不足。按FAA要求去审核飞机，民航局也是第一次。说白了FAR25的条款为什么要这样定制，其实中国民航局也未必知道，CAAR25毕竟也是照抄FAR25再强化。但是你想自己审核飞机，必需知道这些条款的含义，并且知道怎样正确测试。
　　说白了，中国其实还不具备自主订制，修订机型审核适航章程能力，也需要通过ARJ21这个项目去学。军机不用搞这套，但是民航，必需的。
　　ARJ21项目第三个延迟，就是在这里，不过平心而论，2012年才真正开始验证飞行，预计到2014年底完成，3年时间，相对庞巴迪那些机型一年半时间多一倍。但是ARJ21确实可以为C919躺枪，至少C919做验证飞行的基础条件已经不是从零开始。只是我很好奇，民航系统在这三年，学到了多少东西。