周济生研究员畅谈民机安全性和民机工业发展
| 2008-01-03 新浪航空 [投稿排行榜] | 2008/01/03(15:28:15) |

图:广东昌盛飞机设计有限公司的总经理兼总设计师周济生。
不久前,新浪邀请到ARJ21的副总设计师周济生研究员介绍国产ARJ21的研制过程和中国大飞机项目的情况。周济生研究员现任广东昌盛飞机设计有限公司的总经理兼总设计师,新浪邀请周济生针对民用飞机安全性和我国民机工业发展的若干话题进行了详细的介绍。
主持人:周总,您好!你们公司正在从事大型客机总体设计。像客机这样的民用飞机,为什么特别强调安全性?民用飞机的安全性有什么具体的衡量标准吗?
周济生:不言而喻,像客机这样的民用飞机,是运送旅客的,因此,客机实际上就是一种运输人的交通工具。但是,客机又是一种特殊的交通工具,因为客机要离开地面,在大气层中飞行。飞机一离开地面,旅客的生命就交给飞机了。飞机能不能按照航路安全飞行、安全返回地面,能不能在指定机场安全着陆,一切都将维系于飞机本身的安全性和驾驶飞机的机组的行为能力。人们常说的汽车可以抛锚在路边,轮船可以抛锚在水面上,而飞机却不能抛锚在空中。人的生命是最宝贵的,谁也不希望在一次空中旅行中受到生命威胁甚至失去生命。
正因为如此,像客机这样的民用飞机,就要特别强调安全性。
民用飞机的安全性,不是一个虚幻的名词,而是包含实实在在的内容,是用民用航空器的适航性(Airworthiness)来衡量的。适航性是民用航空器投入商业运营必须具备的资格属性。一架民用航空器的初始适航特性是通过一系列的适航标准来规范和约束的结果。适航标准是一类特殊的技术标准,它是为保证实现民用航空器的适航性而制定的最低安全标准。
例如,在我国,座位设置在19座(不包括驾驶员)以上的和最大型号合格审定起飞重量无限制,按CCAR25部适航标准审定的飞机称为运输类飞机。其安全性设计必须符合运输类飞机适航标准中的下列一种或几种:中国民用航空总局CAAC (Civil Aviation Administration of China )的CCAR25、美国联邦航空局FAA (Federal Aviation Administration )的FAR25和欧洲航空安全局EASA (European Aviation Safety Agency )的CS-25(以前叫JAR25)等,且必须按选定的适航标准申请并获得适航当局颁发的飞机型号合格证TC(Type Certificate)。
必须说明的是,中国民用航空总局颁发的CCAR25经过不断修订完善,现行有效版本与美国联邦航空局颁发的FAR25基本等同并做到基本同步修订。
主持人:那么,是不是飞机按适航标准设计并取得型号合格证TC,其安全性就得到保证了?
周济生:型号合格证(TC)是适航管理当局对飞机设计符合性的批准;“设计符合性”是指航空产品和零部件的设计符合规定的适航标准和要求。飞机只有了TC还不够,还必须具有生产许可证PC(Production Certificate)和单机合格证AC(Aircraft Certificate)。 PC是适航当局对飞机制造符合性的批准,“制造符合性”是指航空产品和零部件的制造、试验、安装等符合经批准的设计;AC是适航当局对每架飞机制造符合性的批准。
飞机三证(TC、PC、AC)都是适航当局颁发给飞机制造商的,仅表明飞机的设计和制造符合了适航要求,包括随飞机取证的设备/系统。但某些装机设备/系统,还必须由设备/系统供应商单独取得适航证后才有装机资格,例如,涡轮发动机必须按CCAR/FAR/CS 33、34取证,以及某些适航当局批准有TSO标准的设备。
但是,飞机制造商毕竟不是飞机的最终用户,好比汽车到了用户手上,它的行车安全在很大程度上还取决于使用者按规则进行驾驶、维修、保养等水平。因此,还有大量的适航规章是适航当局针对飞机的营运人而制定的,例如,CCAR/FAR/CS 91、121、145等等。中国民航颁发的适航法律、法规、规章及其他文件多达百余份,覆盖了各类民用航空器。
值得指出的是,民用航空器的安全性保障是通过适航管理来达到的。适航管理的宗旨是:保障民用航空安全,维护公众利益,促进民用航空事业发展。民用航空器适航管理工作的方针是:宣传、帮助、监督、检查。
适航管理分初始适航管理和持续适航管理。初始适航管理主要针对三证,持续适航管理则主要针对飞机的使用、维护、维修。适航管理当局、飞机制造商、飞机营运人都是保证飞机安全性的重要组织。
型号合格证(TC)是航空产品和零部件的设计符合规定的适航标准和要求的证书,是保障飞行安全的必要条件,但不是充分条件。
主持人:既然CCAR25部与FAR25部基本相当,是不是意味着拿到了中国民航的型号合格证TC,就等于拿到了FAA的TC?
周济生:CCAR25部与FAR25部基本相当,是指对飞机最低安全标准的规定上是基本一致的,只能说明设计所依据的“法律”条文基本一致,而不能由此说明不同适航当局所颁发的型号合格证(TC)的含金量基本相当。
打个比方,同一部法律,不同的当事人有不同的理解;不同的律师,有不同的解释;不同的法官,也有不同的判决。所以,打官司要找大律师,大律师打赢官司的可能性总要大些,因为他对法律条文的理解更深刻、更准确,能在法律规定的范围内最大限度维护当事人的权利;而大法官之所以大,无非是他的判决更符合事实,判断更准确,使用法律更加得当,不出冤假错案。
工程技术问题,虽然属于自然科学范畴,但也不象1+1=2那么简单,况且工程技术方案也不是唯一的。象民用飞机设计这类工程,属于大型复杂系统工程,所适用的适航规章也不是详细到对每个影响安全的技术细节都给出了唯一的判据或唯一的解决方案。可以这么说,25部实际上也是一部法律,是规定运输类飞机最低安全标准的技术法律。正因为如此,25部还跟随有大量的解释性文件,如咨询通报(AC:Advisory Circular)等等。
因此,适航审查也存在“当事人、律师、法官”现象。适航当局组织的审查组负责审案,飞机制造商的设计组织负责出示符合适航规章的证据(多种举证方法,包括各种地面试验和飞行试验),最后,由适航当局判定是否颁发型号合格证TC。
由此可以看出,适航当局的执法能力就显得非常重要。不能简单地理解成越苛刻越好,否则会产生冤假错案,也不能放松要求,否则飞机的安全性会受到威胁。对于某些条款,这是一个难以把握的尺度,经验和见多识广就显得特别重要。
经验不是天上掉下来的,经历得多才能见多识广。所谓艺高人胆大,情同此理。我相信,通过对ARJ21的合格审查,无论是飞机制造商的安全性设计能力,还是适航当局的型号合格审查能力,都将有所提高。
对于按CCAR25部取证的飞机,拿到CAAC的TC后,什么时候才能拿到FAA的TC,除了CAAC的适航审查能力必须得到FAA的认可外,还取决于包括政治等在内的其他诸多因素。关键要看CAAC和FAA何时能就相关问题达成一致,例如:25部双边协议(Bilateral Agreement)或单项FAA的TC申请。有了25部双边协议后, FAA才能认可CAAC针对25部做出的合格审查结论;如果飞机制造商申请FAA的TC证,FAA对CAAC的审查合格结论确认后,即可颁发FAA的TC证,而不是从头开始审查。
较早的运12是先向英国CAA提出TC申请的,但最终促成了CAAC与FAA在23部上达成了双边协议。
主持人:既然航空公司用于航线营运的飞机是三证齐全的,为什么还是不能完全杜绝飞行事故呢?
周济生:前面已经说了,飞机三证是适航当局颁发给飞机制造商的,仅表明飞机的设计和制造符合了适航要求。但是,飞机制造商毕竟不是飞机的最终用户,因此,飞机安全还需适航管理当局监督、飞机制造商产品支援保障、飞机营运有效管理来保证,缺一不可。适航管理当局对飞机飞行安全方面的宣传、帮助、监督、检查,在保证飞机安全上担当了重要角色。
适航规章,比如说CCAR/FAR/CS 25部吧,也不是一成不变的,它是随着机队飞行安全和经验教训的积累与总结而不断修订完善的。一般来讲,飞机制造商只要执行适航当局正式受理该型飞机TC申请之日有效的适航规章,也就是说,受理TC申请之后修订或新增加的条款对该TC不具约束力。因为认知和立法有时间局限性。
从工程概念出发,没有绝对不可能发生的事。概率论将事件发生的概率≤10-9(十亿分之一)定义为“不可能事件”或“极不可能”,这只是一种数学定义,但“不是绝对不可能”,因为毕竟不是零概率。工程上讲的是可靠性,按故障出现后对飞机功能和机上人员的危害程度来规定可靠性指标,这是飞机功能危险性分析(FHA)的任务。然后,按从功能危险性分析所要求的故障发生概率向下分解,定义出下游系统或部件的可靠性指标。飞机设计的每个环节必须满足分配到该环节上的可靠性指标要求。
是不是所有故障出现的概率都要“极不可能”,即≤10-9呢?显然不是。都要求“极不可能”不但不合理,而且很难做到。按照国际通行的FHA分析方法,将功能丧失对飞行安全所造成的危害分为四类:(1)轻微的。故障出现后机组可采用常规、非常规或应急程序处置,部分旅客出现忧虑,但飞机不会受影响;此类故障出现的概率应≤10-5;(2)重大的。故障出现后机组超过正常工作负荷,部分旅客受伤,飞机功能下降;此类故障出现的概率应≤10-5~10-7;(3)危险的。故障出现后机组高度关注和担心,一定数量的旅客受伤或死亡,飞机可能出现有限破坏;此类故障出现的概率应≤10-7~10-9;(4)灾难性的。故障出现后机组无计可施,多数旅客死亡,飞机丧失(即机毁人亡);此类故障出现的概率应≤10-9。因此,只要求灾难性故障出现的概率为“极不可能”。
根据波音公司对全世界44年(1959~2002)最大重量(MGW)≥60,000磅(27,216千克)的全世界喷气式商用飞机的事故统计,44年中,全世界共发生机体破坏和人身伤害事故1,337起,其中旅客机1,056起,但现代喷气式旅客飞机的灾难性事故发生率小于1(即每百万次离港1次);1993~2002年的10年中,飞机空中失去控制能力酿成的灾难事故高居首位;1993~2002年的10年统计表明,70%的事故发生在起飞、初始爬升、进场、着陆阶段;1993~2002年的10年统计表明,在机体毁损事故中,飞行机组的过失占据榜首,高达67%,飞机本身引发的事故只有12%,其他原因21%(包括天气原因10%)。上述统计不包括独联体国家(前苏联)飞机和军用客机(以上统计数据引自波音公司文件《Statistical Summary of Commercial Jet Airplane Accidents Worldwide Operations 1959–2002》)。
主持人:有一些说法,因为运十飞机没有拿到适航证,所以运十飞机是不安全的;运十下马是因为没有适航证和没有市场;您认可这些说法吗?
周济生:运十没有拿到适航证,说明运十飞机的安全性没有完成验证,但不能由此得出“运十飞机是不安全的”结论。与此类似,ARJ21刚刚总装下线,还没有进行首飞,与飞了四年半、七次进藏、一直保持安全飞行记录的运十相比,它的安全性同样没有得到验证,但也不能说ARJ21是不安全的。法律程序上有个谁主张谁举证,说某型飞机不安全同样要举证。合格审查过程实际上就是一个举证过程,TC申请人要拿出一系列证据来证明飞机设计是安全的,适航当局判定飞机设计不安全也要有证据。
谈谈运十年代的中国吧,没有适航规章,没有适航当局。中国的第一部运输类飞机适航规章CCAR25部是当时的中国民航委托上海七0八设计院,也就是运十飞机的设计者们完成编制的,并于1985年12月出版。运十飞机的总设计师马凤山负责领导了首版CCAR25及其咨询手册的编制,我有幸也参加了初版编制。直到1989年,中国才正式成立了适航当局,它隶属于中国民用航空总局。
运十飞机虽然没有拿到适航证,但运十是参照英、美运输类飞机适航规章(当时的BCAR和CAM4b,后来的25部)设计的。因为当时的中国没有对应的适航规章,也没有适航当局,而运十是中国自主研制的喷气式旅客飞机,运十不可能首先去申请美国的适航证。即使中国后来有了适航规章和适航当局,也得让运十活到那个时候,有机会提出适航审查。
还有一种说法,就是运十研制没有考虑市场需求,盲目上马,以至于民航不要,军方也不要。真实的历史是,运十研制时代,中国是100%的计划经济,运十项目来自国家指令。尽管如此,当时的中国民航和中国军方都积极参与了运十研制;这两家都派出了多名人员几乎全程参加了运十研发过程,其中大家熟悉的运十首席试飞员王金大就是中国民航委派的一位资深飞行员,军方不仅派出大量设计人员,还派出领导现场指挥设计。运十研制创造了三个“三结合”(设计、制造、使用三结合;领导干部、工人、技术人员三结合;产、学、研三结合),它们是运十研制与用户紧密结合的真实证据。
运十于1980年9月26日首飞,此时的中国民航,已经可以大量购买波音飞机;麦道公司更是采用了釜底抽薪的策略,MD82组装项目的黑枪也已瞄准运十;加上“王洪文那小子在上海搞了一个波音708”的偏见和运十是地方主导研制的背景,所有这些上、下、内、外夹击制造了运十的悲剧。
主持人:我国自主研制的新支线飞机ARJ21-700已经完成总装下线,有人说它的设计将任何故障的出现都定义成“极不可能”,因此它是安全的。您对此如何看?
周济生:我前面已经说了,对飞机进行的功能危险性分析(FHA)仅将“灾难性”故障出现的概率定义为“极不可能”,也就是出现概率≤10-9,而不是将任何故障出现的概率都定义成“极不可能”。这是国际商用飞机制造业的通行准则,不是我们发明的。
设计上是安全的,说明飞机是按申请TC所选择的适航规章设计的。适航规章是保证飞机安全的最低标准,飞机的安全性设计可以高于适航规章所规定安全标准,但不能低于它。
飞机的安全性设计必须经过验证。符合性验证方法(MoC:Means of Compliance)很多,但都必须得到适航审查组织的批准。其中包括通过大量地面试验、飞行试验进行验证。ARJ21-700的适航审查已经进行了四年多,但大量的飞行验证试验尚未进行,要等到飞机首飞后才能进行。拿到TC证,才是对飞机安全性设计的认可。
主持人:上次采访您时,您提到ARJ21的“四性一化”,即“适应性、舒适性、经济性、共同性和系列化”,为什么不提安全性呢?
周济生:不错,经常听到这样的疑问,甚至批评说“四性一化”中为什么没有安全性。作为旅客机,公众特别关注安全性是理所当然的,也是对旅客机这种特殊交通工具的正当要求。
旅客机投入航线使用的必要条件是必须先取得型号合格证TC,TC是航线使用准入资格。飞机的安全性设计是由TC来认可的,所以叫型号合格证。所谓“合格”,是指飞机的安全性设计符合适航规章所规定的最低安全标准。
没有TC证的飞机肯定没有资格投入航线使用,因为它的安全性设计没有得到验证;而有了TC证的飞机也不一定都具有光明的商业前景。如果飞机的机体结构采用了过度的剩余强度,系统综合采用了过度的余度设计,飞机可能会足够安全,但飞机的自身重量显著增大,商务载重显著减小;极端一点,这样的飞机充其量只是一个会飞的玩意儿,用户买回去飞着玩吗?关键还在于它的商业价值。
旅客飞机是一种商品,不仅仅是安全性。从市场竞争意义上讲,必须具有商业上的亮点,也就是能让用户赚钱,最好比其他款式的飞机更能帮用户赚钱。客户能赚钱,飞机制造商才能获利。因此,象“四性一化”这类特点是商业价值上的亮点。
主持人:如果飞机设计能保证安全性,又有很多商业竞争意义上的技术亮点,是不是一定能取得商业成功?
周济生:要取得商业成功,产品好是前提,是必要条件,但不是充分条件。我搞了几十年的技术工作,商业运作是外行,可能说不到点子上。就我的理解而言,除了飞机本身之外,影响商业成功的因素还很多。
曾经读过一篇英国人彼德·诺兰写的调查报告,讲到“22号陷阱”。以销售汽车为例,如果你只卖出了一万辆汽车,你不可能将服务网络搞得很大,理由很简单,钱从哪里来?但你的服务网络很小,谁肯下决心买一辆服务得不到保障、即使性能还不错的车呢?因此,市场做不大,服务就做不大;服务做不大,市场也不可能做大。“22号陷阱”几乎困扰着各行各业,航空制造业也不例外。但是,能成功越过“22号陷阱”的企业越做越大,掉进陷阱的企业也不乏其例。怎么越过陷阱,八仙过海,各显神通。但对于刚刚起步、从单一机型研制开始的飞机制造商,你在市场上打拼过吗?什么都得从一张白纸开始,“22号陷阱”的风险显然要比已经形成产品系列、服务网络已经形成规模的市场老手大得多;轻言商业成功为时太早。
再就是什么时候开始赚钱。研发的投入(非重复成本NRC)需要摊派到每架交付的飞机上逐步回收,到达盈亏平衡点(Breakeven Point)意味着先期投入的非重复性成本已经全部收回,此后就开始赚钱了。到达盈亏平衡点需要卖出多少架飞机,除了跟机型有关,还跟飞机制造商的商业竞争策略有关。摊销过快理论上可加快到达盈亏平衡点,但市场竞争风险随之加大;摊销过慢显然在销售价格上有优势,但回收期随之加长。通常所说的200架也罢,300架也罢,那只是一个粗略的估计,或者只是一个摊销计划。实际究竟多少架,不同的飞机制造商有不同的商业策略,人家能做成的,不一定你就能做成,也许人家做不成的,你高人一筹,做成了。
此外,飞机制造商的价值观、企业文化、管理水平、财务状况、融资能力、风险规避能力、生产能力、配套件价格、产品质量的稳定性以及各种配套政策等都与商业成功密切相关。因此,商业成功不只是由产品本身来决定。
主持人:网上有消息称大客公司马上就要成立了,你们公司是投资人吗?
周济生:我们没有得到招募投资的信息,当然,本公司现在还不是投资人。
主持人:如果你们公司不能被接纳,你们有何打算?
周济生:广东昌盛飞机设计有限公司也是专为参加中国大型客机项目而成立的,航空报国是本公司投资人和研发团队每个人共同的理想和决心。
我们希望大客项目的组织者切实贯彻执行2007年2月26日国务院常务会议关于成立大型客机股份公司的决策和六点要求,尽快完成大型客机股份公司的组建,尽快实质性启动大型客机的研制。
我认为,大客项目的组织者和未来的大型客机股份公司没有理由排斥一个正在积极努力、求真务实地为国家大型客机项目添砖加瓦的民营公司。在此,我想重复一下2月26日国务院常务会议的要求:“坚持体制机制创新。遵循科学规律和经济规律,面向国内外市场,引入竞争机制,创新管理经营模式”、“调动地方、企业的积极性,特别要发挥科研人员的积极性,培养、吸引、凝聚大批优秀科技人才,为大型飞机研制建功立业”。
如果不被接纳,本公司的初衷不会改变。我们将以“信心、精心、恒心”继续运作,不排除独立研发的可能性。
垄断妨碍公平竞争,垄断妨碍发展,只有通过真正的体制机制创新才能打破垄断。我们呼吁,中国民机工业的垄断格局必须打破;我们坚信,中国民机工业的垄断格局终将被打破。
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