1. 飛機結構組成及其制造特點

1.1. 飛機的研制流程

飛機是一個龐大而復雜飛行器系統，是人類制造的一種最復雜的高技術產品之一。 現代飛機具有外形氣動要求嚴格、設計更改頻繁、產品構型眾多等特點?，F代飛機 型號的研制技術含量高、研制周期長，且研制過程耗資巨大，因此必須按照研制流 程分階段開展論證設計和過程控制。國內通常按照分階段、循序漸進的規律，通常 將飛機的研制過程劃分為概念性設計階段、初設計階段和詳細設計階段。

概念性設計階段的任務是根據飛機的設計要求，對所要設計的飛機進行全面的構 思，形成關于飛機設計方案較為粗略的基本概念，初步確定滿足設計要求的初步計方案。具體的工作內容主要包括：（1）初步選定飛機的形式，進行氣動外形布局； （2）初步選擇飛機的主要基本參數；（3）選定發動機和主要的機載設備；（4）初 步選擇各主要部件的主要幾何參數；（5）粗略繪制飛機的三面草圖；（6）進行初步 的性能估算，檢查其是否符合飛機設計要求所給定的性能指標；（7）對初步方案進 行修改整理，并進行評比和論證，選定最合理的方案；（8）經主管部門批準后，繼 續進行下一階段的設計工作。概念性設計階段的工作不需要做進行大量的試驗驗 證，因此這一階段的研制過程所需費用較少，但對飛機設計工作具有全局性影響的 重大決策，大多是在概念性設計階段做出的。

初步設計階段的任務是對概念性設計階段確定的設計方案進行修改和補充，使其進 一步地明確和具體化，最終給出完整的飛機總體設計方案。這一階段的主要工作包 括：（1）修改、補充和完善飛機的幾何外形設計，給出完整的飛機三面圖和理論外 形；（2）全面安排各種機載設備、各個系統和有效載荷；（3）初步布臵飛機結 構的承力系統和主要的承力構件；（4）進行較為詳細的重量計算和重心定位；（5） 進行比較精確的氣動力性能計算和操縱性、穩定性計算；（6）給出詳細的飛機總體 布臵圖。在初步設計階段階段，通常還要對飛機及其各系統進行大量的試驗研究工 作，有時還需要制造全尺寸的試驗樣機，用于協調各系統和內部裝載布臵，因此該階段要耗費較多的時間和資金。

詳細設計階段的工作主要是進行飛機的結構設計，包括部件設計和零構件設計。設 計完成后，要給出飛機各個部件和各個系統的總圖、裝配圖、零件圖，以及詳細的 重量計算和強度計算報告。此階段的工作量很大，而且還要進行許多試驗，包括靜 強度試驗、動強度試驗、壽命試驗和各系統的地面臺架試驗等。下一步的工作是試 制原型機和進行地面試驗，包括全機靜、動力試驗和各系統的地面試驗，如果試驗 中發現問題，則要對原型機進行修改再進行試飛。試飛合格后申請設計定型，由國 家有關部門審查，發給型號合格證書，下一步則轉入批量生產階段。

1.2. 飛機結構組成及技術要求

飛機主要包括機體、發動機、機載設備和標準件及其他四大部分，機體由機頭、機 身、艙門、尾翼、吊掛和雷達罩等結構部件所構成，主要保證飛機的氣動外形，并 將飛機各個部分連接成一個整體，占整機總價值量的比重約為 30%；發動機作為航 空航天器的關鍵子系統，是保證飛機克服空氣阻力向前飛行的動力源，其價值量占 比約為 25%；機載設備主要包括飛行控制系統、液壓系統、燃油系統、通信系統、 導航系統等系統，是飛機的指揮中樞，用于控制和協調各部件的工作，其價值量占 比約為 30%；標準件及其他主要包括緊固件、密封件、操縱件、內飾、電線電纜和 電氣通用元器件等部分，其價值量占比也為 15%。

由于使用目的不同，飛機結構和一般的機械結構相比，具有自身的特殊要求。這些 要求可以概括為：氣動要求、結構完整性要求、最小質量要求、使用維護要求、工 藝性要求、材料要求：

氣動要求：飛機的機翼、尾翼和機身等部件的幾何外形參數與飛機的總體性能 密切相關，上述部件的制造過程應保證構造外形滿足總體設計規定的外形準確 度，不允許機翼、尾翼、機身結構有過大變形，以保證飛機具有良好的氣動升 力、阻力特性以及良好的穩定性和操縱性。

結構完整性要求：飛機結構完整性是確保飛機安全壽命和高可靠性的重要條件之一，它主要包括機體結構的強度、剛度、損傷容限及耐久性等設計指標，保 證結構在承受各種規定的載荷狀態下具有足夠的強度，不產生不能允許的殘余 變形，同時也要具有足夠的剛度，以避免出現不能允許的氣動彈性現象與共振 現象。

最小質量要求：飛機結構質量顯著影響飛機性能的優劣，在滿足飛機的空氣動 力要求和結構完整性的前提下結構質量應盡可能輕，這意味著有效載荷、飛行 速度和飛行距離的增加。

使用維護要求：飛機的使用維護品質是衡量飛機性能的一項重要技術指標，良 好的維修性意味著維護成本低，或者無故障的飛行時間更長，意味著飛機的經 濟性更好。飛機在結構上必須按照維修方式(定檢、小修、中修)來合理確定檢 查口蓋的、數量及種類。同時，飛機良好的維修性也體現在結構上需要布 臵合理的分離面與各種艙口，在結構內部安排必要的檢查和維修通道，增加結 構的開敞性和可達性等。

工藝性要求：由于飛機零件數量多，多采用薄壁結構，開敞性差，形狀和結構 復雜，尺寸大而剛度小，所以使得飛機制造困難，手工勞動量大，因此飛機結 構需要具有良好的工藝性，便于零部件的制造加工和后續飛機結構的裝配。

材料要求：在保證結構具有足夠的剛度、強度及抗疲勞特性的情況下，為了滿 足結構質量的要求，大量采用鋁合金、鎂鋁合金、欽合金等比強度高的金屬材 料。

1.2.1. 機翼

機翼的主要功用是產生飛機在空中飛行所需的升力，同時也起到一定的穩定和操作 作用，此外機翼還可以提供一定的燃油存儲空間。機翼作為飛機的主要氣動面，是 主要的承受氣動載荷的部件，一般由機翼主盒、襟翼、擾流片、副翼、縫翼、發動 機吊掛等部分組成，其中：副翼安裝在機翼翼梢后緣外側，是飛機的主要操作舵面， 飛行員操縱左右副翼差動偏轉所產生的滾轉力矩；襟翼安裝在機翼后緣內側的翼 面，可繞軸向后下方偏轉，依靠增大機翼的彎度來獲得升力增加；縫翼一般位于機 翼前緣，縫翼打開時既增大機翼面積又增大翼型彎度，可達到較好的增升效果。

機翼結構形式主要根據機翼結構中主承力系統的組成形式來劃分，根據主要抗彎構 件的不同，典型的受力形式有蒙皮骨架式、整體壁板式和夾層結構。主承力系統由 承受作用在機翼上的力和力矩的構件組成，通常按照強度設計的要求選擇機翼結構 形式。現代飛機機翼大多采用蒙皮骨架式結構，根據其內部承力結構形式的不同， 蒙皮骨架式結構又可以分為雙梁式結構、單塊式結構、多墻式結構等不同類型。

飛機機翼的質量通常占全機質量的 8%~15%，其中機翼結構質量占機翼質量的 30%~50%。在構造上，飛機機翼通常由蒙皮、骨架和接頭組成，其中：接頭的作用 是將機翼上的載荷傳遞到機身上，骨架結構分為縱向構件和橫向構件，縱向構件包 括翼梁、長桁和墻，橫向部件包括普通肋和加強肋，蒙皮是包圍在機翼骨架外的微 型構件，用鉚釘或粘結劑固定于骨架上，形成機翼的氣動外形。

1.2.2. 機身

機身是指用來裝載人員、貨物、機載設備等，并將機翼、尾翼、發動機和起落架等 連成一個整體的飛機部件。機身結構一般由蒙皮和內部骨架組成，內部骨架包括長 桁、桁梁等縱向構件和隔框等橫向構件，各結構元件的功能相應地一與機翼結構中 各元件相同。

機身通常需要承受剪力、彎矩以及沿機體軸向的軸向力和扭矩，并且機身內部需要裝載貨物、成員、發動機等，承受上述裝載物品帶來的分布載荷和集中載荷，因此 機身結構的設計一般采用剛性薄壁空間結構，從結構形式上課分為構架式結構、硬 殼式結構以及半硬殼式結構，半硬殼式結構又可分為桁梁式結構和桁條式結構兩 種：

構架式機身：在早期的低速飛機上，機身的承力構架都做成四緣條的立體構架。 為了減小飛機的阻力，在承力構架外面固定有整形用的隔框、桁條和布質蒙皮 （或木制蒙皮），這些構件只承受局部空氣動力，不參加整個結構的受力，機 身的剪力、彎矩和扭矩全部由構架承受，其中彎矩引起的軸向力，由構架的四 根緣條承受，垂直方向的剪力由構架兩側的支柱和斜支柱（或各對張線）承受， 水平方向的剪力由上、下平面內的支柱、斜支柱（或張線）承受；機身的扭矩， 則由四個平面構架組成的立體結構承受。構架式機身的抗扭剛度差，空氣動力 性能不好，其內部容積也不易得到充分利用，只有一些小型低速飛機機身采用 構架式機身。

硬殼式機身：機身采用框架、隔框形成機身的外形，而蒙皮承受主要的應力， 硬殼式機身結構沒有縱向加強件，因而蒙皮必須足夠強以維持機身的剛性，其 主要問題是重量較重，現代飛機較少采用這種結構。

桁梁式機身：桁梁式機身由幾根較強的大梁、較弱的桁條、較薄的蒙皮和隔框 組成。機身彎曲時，彎矩引起的軸向力主要由大梁承受，蒙皮和桁條組成的壁 板截面積較小，受壓穩定性較差，只能承受一小部分彎矩引起的軸向力。 桁 梁式機身，由于采用了較強的大梁，因而可以開大的艙口而不會顯著地降低結 構的強度和剛度。

桁條式機身：桁條式機身的桁條和蒙皮較強，受壓穩定性好，彎矩引起的軸向 力全部由上、下部的蒙皮和桁條組成的壁板受拉、壓來承受。由于蒙皮加厚， 改善了機身的空氣動力性能，增大了機身結構的抗扭剛度，所以與桁梁式機身 相比更適用于較高速飛機。此外，桁條式機身的蒙皮和桁條在結構受力中能夠 得到充分利用。桁條式機身各構件受力比較均勻，傳遞載荷時必須采取分散傳 遞的方法，因而機身各段之間都用很多接頭來連接。

1.2.3. 尾翼

尾翼用于保證飛機的縱向和航向的平衡與安定性，以及實施對飛機的縱向、俯仰和 航向的操縱。一般常規飛機的尾翼由水平尾翼和垂直尾翼兩部分組成，水平尾翼由 水平安定面和升降舵組成，垂直尾翼由垂直安定面和方向舵組成。從本質上說，尾 翼的直接功用也是產生升力，因而尾翼的設計要求和構造與機翼十分類似，通常都 是由骨架和蒙皮構成的。根據水平尾翼和垂直尾翼布局形式的不同，常見的飛機尾 翼的布局形式包括常規式布局、T 形尾翼、V 形尾翼、無尾式布局等多種不同的形 式。

水平尾翼簡稱平尾，是飛機縱向平衡、穩定和操縱的翼面。平尾左右對稱布臵在 飛機尾部，其翼面前半部通常是固定的，稱為水平安定面，后半部鉸接在安定面的 后面，可操縱上下偏轉，稱為升降舵。在飛行中，飛機升力的位臵會隨迎角和速度 的變化而移動，飛機重心也因燃油消耗等原因而變動，通常需要通過平穩產生負升 力或正升力使飛機保持力矩平衡。飛機平尾按照相對于機翼上下位臵的不同，大致 可以分為高平尾、中平尾和低平尾三種形式。

垂直尾翼簡稱垂尾，起保持飛機的航向平衡、穩定和操縱作用。與平尾類似，垂尾 翼面的前半固定的部分稱垂直安定面，方向舵鉸接在安定面后部。垂尾的作用是保 持轉彎在無側滑狀態下進行，在有側風著陸時保持機頭對準跑道，以及在飛行中平 衡不對稱的偏航力矩。方向舵操縱系統中可裝阻尼器，以制止飛機在高空高速飛行 中出現的偏航搖擺現象。

1.2.4. 起落架

起落架是飛機在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時用于支撐飛機重力、承受相應載 荷的。起落架能夠消耗和吸收飛機在著陸時的撞擊能量，保證飛機靈活穩定地 完成在地面上的各種操縱動作?，F代飛機的起落架通常由緩沖系統、承力結構、帶 充氣輪胎的機輪、減振器、剎車裝臵及轉彎操縱機構、減擺器、收放機構等組成。 起落架的布臵形式是指飛機起落架支柱的數口和其相對于飛機重心的布臵位臵。目 前飛機上通常采用后三點式、前三點式、自行車式和多點式四種起落架布局形式：

后三點式：早期在螺旋槳飛機上廣泛采用后三點式起落架。其特點是兩個主輪 （主起落架）布臵在飛機的質心之前并靠近質心，尾輪（尾支撐）遠離質心布 臵在飛機的尾部。在停機狀態時，飛機 90%的質量落在主起落架上，其余的 10% 由尾支撐來分擔。

前三點式：兩個主輪保持一定間距左右對稱地布臵在飛機質心稍后處，前輪布 臵在飛機頭部的下方，飛機在地面滑行和停放時，機身地板基本處于水平位臵， 便于旅客登機和貨物裝卸。

自行車式：前輪和主輪前后布臵在飛機對稱面內（即在機身下部），重心距前 輪與主輪幾乎相等。為防止轉彎時傾倒，在機翼下還布臵有輔助小輪。這種布 臵型式由于起飛時抬頭困難而較少采用。

多點式：起落架的布臵形式與前三點式起落架類似，飛機的重心在主起落架之前，但其有多個主起落架支柱，一般用于大型飛機上。采用多支點式可以使局 部載荷減小，有利于受力結構布臵；還能夠減小機輪體積，從而減小起落架的 收放空間。

根據起落架緩沖器和傳遞載荷的方式的不同，飛機起落架的結構設計可分為構架式 起落架、支柱式起落架、搖臂式起落架等不同形式：

構架式起落架：通過承力構架將機輪與機翼或機身相連，承力構架中的桿件及 減振支柱都是相互鉸接的，它們只承受軸向力而不承受彎矩。因此，這種結構 的起落架構造簡單，質量也較輕，在過去的輕型低速飛機上用得很廣泛，但由 于構架式起落架其難以收放，現代高速飛機基本上不采用。

支柱式起落架：減振器與承力支柱合二為一，機輪直接固定在減振器的活塞桿 上，減振支柱上端與機翼的連接形式取決于收放要求，分為懸臂式和撐桿式兩 類。對收放式起落架，撐桿可兼作收放作動筒，扭矩通過扭力臂傳遞，也可以 通過活塞桿與減振支柱的圓筒內壁采用花鍵連接來傳遞。這種形式的起落架構 造簡單緊湊，易于放收，而且質量較輕，常用于起落架較長、跑道路面較好、 受前方撞擊較小的飛機上。

搖臂式起落架：機輪不與緩沖支柱直接相連，通過可轉動的搖臂與減振器的活 塞桿相連，減振器也可以兼作承力支柱。這種形式的起落架對垂直撞擊、前方 撞擊以及剎車等均有不同的緩沖能力，緩沖器只承受軸向力，不承受彎矩，因 而密封性能好，可增大減振器的內部充氣壓力，以減小減振器的尺寸，克服了 支柱式的缺點，在現代飛機上得到了廣泛的應用。

1.3. 飛機結構的工藝特點

飛機結構的基本特點是外形與構造復雜、零件數目多，尺寸大、剛性小，歸納起來 其主要特點包括如下幾點：

構造復雜，零件多：一輛載重汽車包括發動機在內有 3000 多個零件，而一架 飛機僅殼體上的零件就有 10000 至 100000 件不等，其中還不包括幾百萬件的 螺釘、鉚釘等標準件。如某型轟炸機僅重要附件就有 8100 種，以及 320 多臺 電子電氣裝臵、長 2400mm 的液壓管路和長 100km 左右的導線。因此，要求有 廣泛的協作體系，許多零件、附件、成件、儀表設備都要有專廠供應。

外形復雜，尺寸大：飛機的骨架和蒙皮大多具有不規則的曲面形狀，在尺寸上， 大型運輸機 C-5A 翼展長達 68m，機身全長 75m，因此決定了零件、組合件、 部件的尺寸也較大，如 B747 機翼上一塊整體壁板長達 34m，A380 超臨界外翼 下整體壁板的長度也達到了 33m。

精度要求高，剛度?。河捎跉鈩恿π阅艿囊?，大部分機體構件的外形準確度 一般都在 10 級精度范圍內。如 L-1011 飛機的復雜曲面蒙皮壁板,最大尺寸為 2.5mX12m，成形誤差要求小于 0.3mm。在滿足性能要求的前提下，飛機的質 量越輕越好，多采用剛度小的薄壁結構，一些零件在自重狀態都會引起結構變 形。

從飛機結構特點分析中可以看出，總休上飛機主要是由結構件和蒙皮兩大部分組成 的。飛機的整體框、整體梁、整體肋、接頭和整體壁板等都是典型的飛機結構零件， 其主要加工方法為機械的切削加工，毛坯常用鍛件和鑄件，主要的加工方式有毛坯 的切割，零件的車削、銑削、磨削、鉆削、刨削等，涉及的加工設備及工裝主要有 車床、銑床、磨床、鉆床、刨床，以及相應的車刀、銑刀、磨削砂輪、鉆頭、刨刀 及相配套的夾具等。飛機的框、肋、析條、蒙皮等都是典型的飛機鈑金類零件，鈑 金類零件是用板料或型材通過塑性成形工藝制造出來的，主要的成形工序有：毛坯 下料、彎曲成形、拉深成形、軋壓成形、旋壓成形等，鈑金成形工藝裝備有毛坯下 料設備和成形設備，前者如剪床、沖裁模具、數控下料機床、等離子切割、高壓水 刀切割及激光切割等，后者主要有普通/數控沖床、蒙皮拉形機床、型材拉彎機床、 數控閘壓機床及數控彎管機床等，此外鈑金成形需要模具。

2. 飛機結構制造與裝配

2.1. 飛機制造工藝裝備

工藝裝備簡稱“工裝”，飛機工藝裝備是指飛機制造國產所需的夾具、模具、量具 和工位器具的總稱。由于飛機產品的結構和工作環境不同于一般機械產品，所以在飛機制造過程中除了采用各種通用機床、常用工具和試驗設備外，還須針對不同的 零件、組合件、部件制造專用工藝裝備，利用這些專用工藝裝備用于對工件進行加 工成形、裝配安裝、測量檢查，以及在工藝裝備之間進行協調移形。工藝裝備證飛機零件、部件的質量，提高勞動生產率，降低人勞動強度，實現安全生產都有 重要作用。

飛機工藝裝備是飛機制造的必備裝備，也是飛機制造工程中的一項關鍵技術，飛機 企業的工藝裝備的技術水平反映了企業的制造技術水平。SU-27 飛機全機采用的工裝備總數達到 61881 項，其中標準工藝裝備 687 項，生產用工藝裝備 61194 項。 參考國外飛機制造的情況，工藝裝備的費用占總研制費用的 16.5%至 19.5%，設計 制造周期占飛機研制周期的 1/3 左右。

飛機制造過程中常用工藝裝備可分為標準工藝裝備和生產工藝裝備兩類。標準工藝 裝備用于協調、制造其它工藝裝備的依據，如標準樣件、標準量規、標準模型、結 合樣板、輔助量規、標準控制圖和賦予總體或部分協調制造信息的數學模型（也稱 數字化標準工藝裝備，可視為制造數據集的一種）。生產工藝裝備用于制造、裝配 及安裝產品所使用的工藝裝備，如型架、精加工臺、模具、型胎、鉆模、銑切夾具、 組合夾具、檢驗夾具、地面設備和試驗設備等。包括生產最終產品的裝配工裝、檢 驗夾具和吊運設備。

標準工藝裝備以 1:1 的真實尺寸來體現產品某些部位的幾何形狀和尺寸的剛性實 體，作為用于制造、檢驗和協調生產的工藝裝備的模擬量標準，是保證生產用的工 藝裝備之間、產品部件和組件之間的尺寸和形狀協調與互換的重要依據。標準工藝 裝備必須具有足夠的剛度，以保持其尺寸和形狀的穩定性，同時應比生產用工藝裝 備具有更高的準確度。標準工藝裝備的種類可分為標準樣件、標準量規、標準平板 等，其中標準樣件又可分為安裝標準樣件、表面標準樣件和反標準樣件。

由于飛機結構不同于一般機械，在飛機的裝配過程中，不能單靠零件自身形狀和尺 寸的加工準確性來裝配出合格的部件，而須采用一些特殊的裝配工藝裝備。裝配工 藝裝備是一類專用生產裝備，在完成飛機產品從零組件到部件的裝配以及總裝配過 程中，用以控制其形狀幾何參數且具有定位功能。裝配型架是裝配工藝裝備中主要 的一類，按其用途或工作性質可劃分為裝配型架、對合型架、精加工型架、檢驗型 架等，按裝配對象的連接方法，又可將裝配型架劃分為鉚接裝配型架、膠接裝配型 架、焊接裝配型架等，其中鉚接裝配型架數量最多。

2.2. 飛機鈑金零件成形

鈑金零件是組成現代飛機機體的主要部分，一般占飛機零件總數的一半以上。據統 計，一架中型飛機上的鈑金零件達 60000 件，制造工時約占整架飛機總工時的 15%， 飛機鈑金零件的制造直接影響飛機的整機質量和生產周期。典型的飛機鈑金零件有 蒙皮、隔框、壁板、翼肋、導管等，飛機鈑金零件具有尺寸大、厚度薄、剛度小、 形狀復雜、精度要求高的特點。一架飛機的鈑金零件總數雖然很多，但同種零件的 數量卻很少，而且材料的品種較多，因而飛機鈑金零件的生產特點為品種多、批量 小、制造方法多樣化。

飛機鈑金零件主要包括具有氣動外形的零件、骨架零件、內裝零件等幾個類別，具 有氣動外形的零件要求要有準確、光滑、流線的曲面形狀，骨架零件要求零件能以 最小自重保有最高的結構效率，所有鈑金零件要求在規定的使用和儲存期限內具有 要求的強度、剛度以及抗疲勞、抗腐蝕和耐熱等物理、化學性能。飛機鈑金零件不但形狀復雜，而且需要使用多種比強度高和耐熱、抗腐蝕的材料，其中用量最大的 是硬鋁、超硬鋁和防銹鋁合金，鈦合金因其比強度高、耐熱和耐腐蝕性好的特點， 在鈑金零件用料占比不斷提高。

從成形方法上分，飛機鈑金零件可分為擠壓型材零件、板材零件和航空管件零件三 種。擠壓型材零件通常是飛機骨架零件，包括桁條、大梁以及框肋的緣條等，可 進一步細分成壓下陷型材、壓彎型材、滾彎型材、繞彎型材、拉彎型材、復雜型型 材等類別。板材是飛機鈑金零件中的重要類別，鈑金成形零件中 80%以上都需要先 裁剪成毛料然后成形，根據板材零件特征的不同，又可細分為平板零件、板彎型材 零件、拉深零件、蒙皮零件、整體壁板零件和落壓零件等不同類型。航空管材零件 其特點是外形復雜、質量要求高、彎曲方法多、端頭加工復雜、表面處理方法多以 及需做氣密、強度試驗等，可具體細分為擴口彎曲導管、無擴口彎曲導管、滾波卷 邊彎曲導管、異形彎曲導管和焊接管等類型。

2.3. 飛機結構件切削加工

過去飛機機體主要部分都由鈑金零件裝配而成，隨著飛機性能的不斷提高整體結構 日益增多。由于整體框、梁、肋的出現及整體壁板結構的廣泛應用，機械加工零件 的類型和品種日益增加，在某些類型飛機的生產中，機械加工零件所占勞動量比重 已超過鈑金成形零件。整體結構件與鉚接結構相比有如下優點：（1）在氣動性能方 面，外形準確和對稱性好；（2）在強度方面，剛性好，比強度高，可減輕質量 15%-20%； （3）氣密性好；（4）可大大減少零件和連接件數量；（5）裝配后變形小，使部件 成本降低 50%左右。

飛機整體結構件已成為構成飛機機體骨架和氣動外形的重要組成部分，它們品種繁 多、形狀復雜、材料各異。為了減輕質量而進行的等強度設計，往往要在結構件上 形成各種復雜型腔，因和比一般機械零件相比整體結構件加工難度大，制造水平要 求高，形位精度要求高，而且有嚴格的質量控制和使用壽命要求，例如壁板、梁、 框、座艙蓋骨架等結構件是由構成飛機氣動外形的流線型曲面、各種異形切面、結 合槽口、交點孔組合而成的復雜實體。目前飛機上常見的整體結構件有整體壁板、 整體梁類零件、整體框肋類零件、整體骨架類零件、接頭類零件等。

飛機整體結構件具有批量小、品種多、協調關系復雜，要求制造設備精度高、自動 化水平高、生產效率高、具有柔性等特點，目前飛機整體結構件主要采用數控加工 的制造方式。對于形狀較簡單的結構件，采用三軸或四軸數控機床就可以進行加工， 對于形狀復雜的結構件，受刀具與零件相對位臵的限制，采用三軸或四軸數控機床 則需要多次裝卡才能完成零件的加工，目前對復雜零件采用五軸聯動加工技術是現 代航空零部件數控加工的發展趨勢。

飛機整體結構件使用的主要材料有鋁合金、合金結構鋼、鈦合金和復合材料等，在 早期的飛機制造業中鋁合金是飛機結構的主要材料，用量一般占飛機總質量的 70% 至 80%左右，隨著飛機制造業的發展以及新材料的出現，鋁合金材料在飛機結構中 的應用逐漸減少。目前飛機整體結構件大多為金屬材料制成，其毛坯料大多采用模 鍛和預拉伸厚板材，后續經過切削加工、校正、成形等工藝流程制成結構制品，最 終經過表面光整加工、表面熱處理等工序形成最終的整體航空結構件。

2.4. 飛機的裝配

2.4.1. 飛機部段劃分

為了滿足飛機的使用、維護以及生產工藝上的要求，整架飛機的機體可分解成許多 大小不同的裝配單元。首先，飛機的機體可分解成若干部件，如某殲擊機的部件包 括：前機身、后機身、機翼、襟翼、副翼、水平尾翼、垂直安定面、方向舵、前起 落架和主起落架等。有些部件還可分解成段件，如機翼分解為前緣段、中段和后段， 有的部件或段件可再分解為板件，板件是由部件或段件的蒙皮以及內部骨架元件的 一部分所組成的，如機翼中段的上、下壁板，后機身的上、下板件和左、右側壁板 等。

飛機機體結構劃分為許多裝配單元后，兩相鄰裝配單元間的對接結合處就形成了分 離面，飛機機體結構的分離面一般可分為設計分離面和工藝分離面兩類：

設計分離面：飛機部件之間、部件與可拆卸件之間形成的分離面。如為便于機 翼的運輸和更換，需將機翼設計成獨立的部件；襟翼、副翼或舵面，需在機翼 或安定面上做相對運動，也應劃分為獨立的部件；為便于殲擊機機身后部發動 機的維修、更換，需要把機身分成前、后機身兩個部件。設計分離面都采用可 卸連接(如螺栓連接、鉸鏈接合等)，而且一般要求它們具有互換性。

工藝分離面：為滿足制造和裝配過程的需要，需將部件進一步分解為更小的裝 配單元，這種裝配單元之間的分離面稱為工藝分離面。由部件劃分成的段件， 以及由部件、段件再進一步劃分出來的板件和組合件，它們之間的界面都是工 藝分離面，工藝分離面之間一般都采用不可卸連接，如鉚接、膠接、焊接等。

2.4.2. 飛機部件裝配

由于飛機部件的構造復雜，零件及連接件數量多，大多數零件在自身重量下剛度較 小，而組合的外形又有嚴格的技術要求，因此其裝配內容繁多、工作量大，在裝配 過程后期，機體結構比較封閉、勞動條件較差。因此在飛機成批生產時，通常將部 件進一步劃分為段件，段件再進一步劃分為板件、組合件等各種裝配單元，簡化部 件或段件裝配型架結構，使裝配工作分散、工作環境開敞從而縮短裝配周期，改善 裝配工作的勞動條件。

部件裝配過程大致可劃分成以下幾個階段：組合件、板件裝配；段件、部件裝配。 按照分散裝配原則劃分出來的板件、組合件的鉚接工作可以通過機械化或自動化的 手段，提高連接質量和勞動生產率。段件和部件的裝配可按工藝歸納為三組：（1） 為非板件化結構的段部件，通常由許多分散的單個零件和較小的組合件裝配而成， 而且需要復雜的、比較龐大笨重的裝配型架；（2）板件化的段部件，主要由裝配或 加工成的板件和組合件裝配而成，而所用的段部件裝配型架較簡單，而且擴大平行 工作面和實現裝配工作機械化的可能性較大；（3）分成段件的部件，實質上是預先 裝配好的各段連接，以及分離面處各系統的連接工作。

2.4.3. 飛機總裝配

飛機總裝配是部件裝配過程的延續，是飛機裝配工作的最后階段。飛機總裝配的任 務是根據飛機圖紙、技術條件及生產使用說明書的規定和要求，將部件裝配車間移 交的各段件、部件對接成完整的一飛機，將各專業廠提供的發動機、各種儀表、設 備和附件等安裝在飛機上，用各種導管、電纜、拉桿等連接成系統，進行調整、試 驗和檢驗，最后將飛機送交工廠試飛車間，作地面及空中試飛。

飛機總裝配難以實現大規模的機械化以提高生產效率，勞動量一般占飛機制造總勞 動量的 8%一 15%，周期所占百分比可達 20%。此外，飛機總裝配占用的生產面積 大，要求使用高度和跨度較大的廠房。在成批生產中，飛機總裝配采用流水生產的組織形式，在總裝時基準部件沿著流水線移動，其他部件、系統、設備、附件等在 總裝的不同階段安裝到飛機上去，進行調整和試驗，最后總裝出整架飛機。

為節省總裝工作占用的生產場地，提高總裝工作的效率，主流的飛機制造企業通常 采用移動式裝配生產線，移動式裝配生產線能實現飛機高質量、低成本和快速響應 的制造。在裝配流程的設計上，最主要考慮生產節拍的要求，均衡分配各站位的工 作量并確定人員配臵，產品在生產線上以固定的時間頻率移動，保障飛機總裝生產 能夠以固定的節拍進行。此外，在移動式生產線的工藝布局上，既要考慮裝配工作 的工藝流程，也要按有利于移動生產的原則安排物料、工位器具、工具車、看板等 生產資料的布臵。

在飛機總裝配中通常在生產線布臵若干裝配站，必須在機上安裝調試的工作稱為裝 配站工作，不在機上的總裝配工作稱為工作臺工作。飛機總裝配流水作業的基礎就 是安裝、調試工作的節奏化，所以組織流水生產就是將機體對接及安裝、調試等工 作劃分為許多工序，然后根據飛機結構將必須在機上工作的若干工序組合成一個任 務，而完成該任務的時間應等于或倍比于流水線生產的節奏時間，這個任務就是某 裝配站上的工作內容。

飛機總裝配工作結束后，由機場車間與總裝配車間共同檢查飛機的總裝配質量，檢 查飛機的外表情況、儀表和設備的成套性，進行車間分工的某些試驗工作，包擴飛 機電氣、無線電、操縱、液壓等各系統檢驗與試驗，加注燃油、滑油開展發動機試 車試驗，并在試飛合格后將飛機移交給訂貨方。

3. 飛機制造業的行業特點

飛機制造業是交通運輸設備制造業中的一部分，主要包括零部件制造和整機制造兩 大類別。飛機制造是一個非常復雜的先進技術制造業，涉及 70 多個學科和大部分 工業產業。一架大飛機一般由 300-500 萬個零部件組成，主要包括機體、發動機、 航電設備、機電設備和標準件（電線電纜、電器通用器件）五大部分，因此飛機制 造業主要包括機體制造、發動機制造、核心機載設備制造（航電和機電設備）和標 準件制造，其中發動機制造和機載設備制造屬于核心設備制造。除此之外，航空材 料也是飛機制造業的重要組成部分，鋼、鋁、鋁鋰合金、鈦和復合材料是飛機機體 和主要結構件部分的構成材料，其中 30%以上的飛機材料仍使用鋁合金，但復合材 料的使用比例逐漸擴大，未來將達到 23%-25%。

飛機制造業是高新技術最集中的高端制造業：航空產品復雜度高，比如美國波音 747 零部件共 600 多萬個；我國的運七支線客機零部件 55 萬多個；19 座以下小型 飛機至少需要 10 萬個的零部件。產品精度也很高，飛機零部件的技術參數達到 10-7 量級，相比較，一輛汽車的零部件技術參數為 10-4 量級。發達國家如美國、日本、 韓國等國，已經將飛機及其零部件制造列為高技術產業，我國在 2006 年也將飛機 制造業列為了優先發展的高技術行業。

飛機制造業是高投入、高收益和高風險并存的行業：由于航空產品的技術含量、復 雜度和精度都很高，因而在研發過程中需要大量的資金投入作支撐。軍機研制經費 高，美國為其第三代軍機 F-15 投入 17.5 億美元，為隱身戰斗機 F-117A 投入 20 億 美元，F-22 總花費高達 130 億美元。同時，民機的研發費用也很高，比如空客 A320 花費 20 億美元，波音 777 投入了 50 億美元。 高投入帶來高收益，如 F-16 的售價為 1840 萬美元，F117A 售價 4600 萬美元，B-2-售價高達 5.1 億美元，A-320 售價 3800 萬美元，波音 777 售價 1 億美元以上。高技術含量、高投入、高收益伴隨的 必然是高風險。飛機研制周期很長，一般來說，從預研到交付長達 5 年，因而需要 持續的資金支持作為保障。同時，只有保證充足的銷售額才能獲利，比如，空客 A-300 花費了 20 年時間進行生產，在交付 1100 架的時候才達到盈虧平衡。

飛機制造業有很高的產業帶動作用：根據發達國家的經驗，飛機制造業的投入產出 比在十年后大約是 1:80，技術轉移比是 1:16，就業拉動比是 1:40，一個機型500 多 個一級配套企業，有 3000-5000 個二級配套廠商，這樣金字塔式的供應鏈使得航空 工業的發展產生了巨大的規模式效應，對城市經濟和區域經濟產生一系列的輻射作 用，引領著整個產業結構的階梯式發展。

飛機制造業需要規模龐大的產業配套：飛機制造的產業鏈很長，包括與飛機有直接 配套關系的飛機本身和隨機器材（地面設備和工具），以及與飛機制造過程配套的 制造設備、工藝設備、檢測設備和材料等。航空產品復雜度很高，涉及 70 多個學 科和大部分的工業領域，因此需要規模巨大的產業配套，如波音 747 由 100 多萬個 零部件構成，需要上萬個配套企業進行協同生產；波音 787 大約有 400 萬個零部件， 其中 90%的零部件生產分包給了 40 多個國家的合作伙伴，自己僅生產尾翼以及進 行最后的組裝。

4. 中國飛機制造業發展歷程（略）

新中國成立之前，中國基本沒有自己的飛機制造業，國內只有幾家小型飛機修理廠。 1949 年之后，中國的飛機制造業經歷了從修理到制造、從仿制到自行研制、從自主 發展到國際合作的成長過程，并逐步建立起自己的飛機制造業。自主研制成功了 Y7、MA60、Y8、ARJ21 等民用飛機，同時飛機制造業企業加強了國際合作，從轉 包飛機零部件到承擔國外整機總裝生產，轉包生產零部件涉及波音 737、747、757 和空中客車 A310、A320、A330/340 和 ATR42/72 等。

4.1. 1951 年—1954 年：從修理到制造

4.2. 1955 年—1976 年：從仿制到自行研制

4.3. 1977 年—至今：從自主發展到國際合作

5. 中國飛機制造業發展現狀

航空工業的發展水平是衡量一個國家綜合實力的重要標志之一，許多發達國家將航 空工業作為支柱性產業大力發展，發展中國家也積極采取措施扶持本國航空工業參 與世界競爭。我國已經將航空工業作為戰略性新興產業的重要組成部分重點扶持， 并通過實施大型飛機重大專項，推動我國民用航空工業實現快速發展。此外，我國 也制定了一些了扶持航空工業發展的產業政策，支持民用飛機產業發展、推動航空 工業軍轉民的戰略轉變、促進航空工業國際合作與外貿進口、引導非公有制資本進 入國防科技工業建設領域，并鼓勵非公有制企業參與軍民兩用高技術開發及其產業 化。隨著上述政策的逐步落實，一批民營企業進入航空零部件制造領域，打破了我 國航空工業原有相對封閉、自給的經營體制。

我國航空零部件產業已經基本建立獨立自主的工業體系，在推動國防裝備現代化轉 型升級、促進通用航空發展方面起到了關鍵作用。在國民經濟快速發展、各項改革 不斷深化的備件下，國內軍用飛機面臨升級換代的迫切需求，民用航空運輸業迅速 發展也帶動民用飛機市場急劇擴大，航空工業也迎來了前所未有的發展機遇。目前 我國軍用和民用航空工業進入快速發展時期，技術水平明顯提升，航空零部件基礎 能力建設進一步加強，此外航空工業的國際合作不斷深化，與世界先進水平間的差 距不斷縮小，并逐步形成軍民結合、寓軍于民的產業發展格局。

飛機制造業通常采取“整機制造商—多級供應商”的制造模式。產業鏈的第一級為 整機制造商，主要從事產品設計、總裝制造、市場營銷、客戶服務和適航取證環節； 第二級為關鍵航空子系統制造商，所提供的子系統包括機體、發動機、航空電子等 主要機載設備；第三級主要包括眾多為產業鏈上層的整機與子系統制造商提供零部 件與材料的供應商。航空航天零部件制造是航空航天制造業的基礎性子行業，是實 現航空航天材料向關鍵子系統和整機制造轉變的重要環節，具有產品門類繁多、工 藝路線復雜和產品精密度高的特點。從軍民融合與資產專用性角度，零部件制造業 較專用子系統及整機組裝，在不同機型及軍民應用領域之間具有更廣泛的通用性及 下游市場；同時，由于零部件產品的高度定制化，零部件制造商易與整機及子系統 制造商形成較深入的合作關系。

當前我國航空制造產品仍然以軍用飛機為主，中航工業集團基本壟斷國內所有軍機 型號的生產。中航工業集團公司設有航空武器裝備、軍用運輸類飛機、直升機、機 載系統、通用航空、航空研究、飛行試驗、航空供應鏈與軍貿、專用裝備、汽車零 部件、資產管理、金融、工程建設等產業。中航工業集團下轄 100 余家成員單位， 覆蓋了從研發設計、零部件制造到子系統與整機組裝的全產業鏈，其中整機制造企 業主要包括沈飛集團、成飛集團、洪都航空、西飛集團、哈飛集團等，產品涵蓋殲 擊機、殲擊轟炸機、轟炸機、運輸機、教練機、偵察機、直升機、強擊機、通用飛 機、無人機等飛行器，以及空空、空面、地空導彈。

我國飛機制造業歷經數次戰略性和專業化重組，目前形成了以中航工業及其下屬單 位、以及中國商飛為主的制造格局，各企業依據自身實力和技術研發格局，承接不 同類型航空器產品的研發和制造。圍繞航空工業的產業布局，我國航零部件制造行 業形成了內部配套企業為主，科研機構、合資企業和民營企業有效補充的市場競爭 格局。

6. 中國飛機制造市場

6.1. 軍用飛機制造市場

空軍是現代化戰爭中的戰略軍種之一，先進戰機作為我國空軍主戰裝備亟待批量列 裝。軍用航空器主要包括戰斗機（又稱殲擊機）、攻擊機（又稱強擊機）、轟炸機、 武裝直升機、軍用運輸機、預警指揮機、空中加油機、偵察機、教練機和無人機等。 在軍用航空領域，由于世界格局不斷變化、周邊環境中仍存在不確定及不穩定因素， 我國持續保持相對較高的國防投入，進行軍隊體制改革以適應國防和軍隊戰略要 求，提升軍隊戰斗力。根據財政部發布的《關于 2019 年中央和地方預算執行情況 與 2020 年中央和地方預算草案的報告》，2019 年我國國防預算將增長 6.6%，達到 12684.08 億元。國防投入持續增加，其中空軍作為重要的戰略軍種之一，其現代化 建設進入快車道，決定軍用航空領域市場需求將在一段較長周期內持續旺盛。

我國軍機總量與美國存在較大差距，對標世界一流軍隊，軍機增補空間很大。截至 2019 年底，美國擁有軍用飛機 13266 架，占比 25%，數量居全球第一；其次是俄羅，數量達 4163 架，占比 8%；我國擁有軍機數量為 3210 架，占比約為 6%，其中 戰斗機 1603 架、直升機 903 架、運輸機 276 架、教練機 366 架、特種飛機 111 架， 同美國存在較大差距。建設一流軍隊已成為國家發展戰略，對標美國，我國軍機尤 其是先進戰機在數量上存在很大增補空間，以“20 系列”為代表的國產先進戰機進入批產列裝階段，訂單有望加速釋放，帶動我國航空產業景氣度進一步提升。從 戰斗機的代際結構上看，中國戰斗機中大量存在著殲-7、殲-8 等老舊二代機型，三 代機、四代機數量占比遠低于美國、俄羅斯兩個世界強國。J-7、J-8 等二代機均為 上世紀 90 年代以前的主流機型，服役時間較長，未來將逐步升級為 J-10、J-16、J-20 等三代半或四代新機型。此外隨著國內新型直升機、教練機、運輸機的成熟，相關 飛機也面臨著大量的列裝、換裝需求。

我國空軍目前正在向戰略空軍轉型，未來 10 年帶來軍機需求規模約 1.98 萬億元。 當前我國軍用飛機正處于更新換代的關鍵時期，未來 10 年現有絕大部分老舊機型 將退役，殲-10、殲-11、殲-15、殲-16 和殲-20 等將成為空中裝備主力，新一代先進 機型也將有一定規模列裝，運輸機、轟炸機、預警機及無人機等軍機也將有較大幅 度的數量增長及更新換代需要。

按照飛機機身零部件占到飛機總價值量的 30%計算，預計 2021-2030 年十年間我國 軍機列裝帶來的航空零部件的市場規模約為 6000 億元，按照加工服務費用占零部 件價值的 15%計算，航空零部件生產制造服務市場空間約為 900 億元，年均約為 90 億元。

6.2. 民用飛機制造市場

航空工業是典型的知識密集型、技術密集型行業，產業鏈長、國際分工程度高、市 場容量大是國際航空工業的突出特征。隨著經濟全球化和區域經濟一體化趨勢愈加 明顯，我國航空工業融入世界航空產業鏈已經是大勢所趨。航空工業作為參與國際 化分工深入的行業之一，其健康發展可以有效帶動國內企業參與國際競爭，充分利 用國際國內兩個市場、兩種資源，分享世界經濟發展帶來的成果。目前國際航空轉 包生產大致分為 3 個層級。美國、歐洲、日本屬于第一陣營，以參與設計研發、工程制造、大部件集成為主，利潤率較高；中國大陸、韓國、墨西哥、突尼斯等屬于 第二陣營，以機體結構件的制造為主，利潤率一般；俄羅斯、印度等屬于第三陣營， 大多處于零組件供應商層級，利潤率較低。經過多年的積累，我國已基本掌握世界 先進的數控加工技術和大型飛機機翼制造關鍵技術，具有復合材料加工、特殊工藝 制造、大型鈑金零件成型加工能力。

隨著我國現代制造業的發展，民用航空國際轉包已經發展到新的高度。我國民用航 空事業起步較晚，并且在零部件的生產中，大都是以國際轉包的形式為先進的民用 飛機提供零部件產品。近些年來，我國航空企業一直通過國際航空轉包生產以及大 量合資企業建設的方式，不斷提升國際主力機型結構部件、金屬型材、金屬零部件 等方面的生產能力和產品質量，逐步成為世界航空產業重要的組成部分，提升了國 際化發展能力。我國的航空零部件轉包最初主要是通過“三來加工”的形式出現，即 客戶來圖、來料和來樣，企業根據客戶的圖紙對零部件進行生產和裝配。在國際轉 包業務配套過程中，國內航空零部件生產企業的技術實力明顯得到提升，業務規模 不斷擴大。

目前中國民機國際轉包規模較之美國、歐洲、日本仍有很大差距，甚至低于韓國。 2014 年，全球民機轉包生產市場規模約 250 億美元，其中日本承接的轉包生產規 模占比約 13-17%，韓國約 8.3%，而我國占比僅 6.5%。而同期我國民機采購數量占 波音空客交付總量的比例高達 16.64%。我國現有的民機國際轉包體量遠低于發達國 家所獲得的國際貿易補償的平均標準。究其原因，一方面我國航空零部件的國際轉 包業務中，除西子航空等極個別公司直接承接了空客等整機廠的少量訂單外，均由 中航工業及其下屬公司總攬承包并分包，但中航工業作為我國航空事業的中堅力 量，主要精力更多投向自主機型的研發及生產；另一方面，民營企業雖有較強的國 際轉包業務承接意愿，礙于波音、空客一級供應商認證的嚴苛條件，民營企業極難 直接從波音、空客取得訂單。未來伴隨著波音、空客國際采購趨勢的加深和國內航 空零部件制造主體的多元化特征凸顯，一批實力雄厚、工藝完整、技術質量過關的 民營企業將可能獲得波音、空客一級供應商認證，突破現有制造格局。公司作為航 空零部件制造領域的優勢民營企業，隨著自身加工實力和產品質量的不斷提升，將 優先受益于行業格局的調整。

從上世紀 80 年代開始，全球航空行業景氣度持續上升，航空客運量持續走高，各 國對飛機的需求量保持持續增長。根據《中國商飛公司市場預測年報（2019-2038）》， 未來二十年，全球航空旅客周轉量將以平均每年 4.3%的速度遞增，預計將有 45,459 架新機交付，價值約 6.6 萬億美元。同時，根據波音公司發布的《商業市場展望 （2018-2037）》，在地區發展分布方面，亞太地區需求最為強勁，未來 20 年預計新 增 16,930 架，市場價值達 2.67 萬億美元，成為全球最大的航空市場。根據《中國 商飛公司市場預測年報（2019-2038）》，到 2038 年中國機隊規模將達到 10,344 架， 未來二十年，中國航空市場將接收 50 座以上客機 9205 架，價值約 1.4 萬億美元（約 10 萬億人民幣）。按照我國對外采購干線飛機數量及最低 5%的貿易補償標準，以及 國產飛機已取得訂單的情況，按飛機零部件約占飛機總價值 30%的比例測算，我國 民用航空零部件國際轉包市場規模約 1000 億元。

以 ARJ21 和 C919 為代表的國產民航飛機批產在即，有望打開航空零部件國內分包 市場空間。我國繼運-10 后自主研制的第二種大型客機 C919 已于 2017 年 5 月實現首飛。目前 C919 客機市場前景看好，全國人大代表、C919 大型客機總設計師吳光 輝在今年兩會期間表示，目前 C919 的全球客戶達到 28 家，訂單總數達到 815 架， 中航工業及下屬成飛民機、沈飛民機等承擔了 C919 大部分機身部件的生產工作， 預計占飛機總價值量 15%左右。此外，截止 2020 年 3 月我國 ARJ21、新舟 60 和新 舟 600、新舟 700 分別獲得訂單 724 架、524 架（根據 2016 年的 343 架推測）和 285 架，按照各自售價及零部件占飛機總價值 30%左右的比例計算，國產飛機已有 訂單可為零部件制造帶來分包收入約為 1600 億元。

……

（報告觀點屬于原作者，僅供參考。作者：東北證券，陳鼎如、劉中玉）