- 中国战略性新兴产业研究与发展:通用航空
- 金伟 高远洋主编
- 6554字
- 2024-11-03 06:50:42
2.1 世界通用航空发展史
2.1.1 通用航空发展简介
世界通用航空发展已有一百多年的历史,而“通用航空”一词的出现则是在第二次世界大战之后,在此之前,通用航空用的是“私人飞行”这个术语。1903年,莱特兄弟成功试飞“飞行者一号”,如图2-1所示,揭开了私人飞行以及现代航空发展的序幕。此后,随着飞机技术的不断发展,飞机的用途越来越多样化。直到第二次世界大战结束后,逐渐形成了以军事为目的的军用航空和以客载/货载为目的的商业运输航空两个成熟而独立发展的产业,而飞机除继续用于私人飞行外,还扩展了很多其他用途,如旅游观光、公司包机、警务执勤和农务作业等。这些航空活动在二战后被统称为“通用航空”。通用航空涉及的领域和范围广而复杂,既包括非商业性的飞行活动,如个人出行、飞行娱乐和空中作业等;也包含商业性的活动,如观光旅游、公务包机和飞行俱乐部等。而应用于通用航空的飞行器类别主要有固定翼飞机、旋翼飞机(或称直升机)、滑翔机、热气球(类)、飞艇和实验类飞机等。
图2-1 莱特兄弟试飞“飞行者一号”
2.1.2 美国通用航空发展史
在国际上,美国的通用航空发展最具代表性,其通用航空发展历史悠久,起步较早,是世界上公认的通用航空最发达、最领先的国家。美国的通用航空发展可以分为四个阶段。
1.起步发展期(1903—1913年)
这一时期是私人飞行的初始期,也是美国航空的起步发展期。飞机、飞机公司、飞行表演和航校等都首次出现在这一时期,莱特兄弟和格伦·柯蒂斯三人对这一时期美国航空的发展产生了深刻影响。
1903年,莱特兄弟经过多年的研究和实践,终于攻克机翼、发动机以及控制系统三大飞行难关,成功实现了人类首次动力飞行,拉开了现代航空的序幕,也为美国航空的发展奠定了基石。此后,莱特兄弟不断对飞机进行改进,1905年10月实现飞行时间38min3s、飞行距离39.4km,使飞机开始成为具有实用价值并可销售的产品。1906年,为了更好地展示并销售其飞机,莱特兄弟开始在欧洲、美国各地不断地做公开飞行演示,这可以说是飞行表演的最初原型。1910年3月,他们成立了第一所飞行学校(Wright Flying School),培训可驾驶他们飞机的飞行员,并组建了一支专业的飞行表演队,以在各大航展上做专业表演。莱特兄弟早期的飞机主要用于飞行员培训和娱乐飞行,因此他们不但教授飞机购买者如何驾驶飞机,还有偿带领乘客翱翔于天空,这便是空中旅游业的雏形。
1909年3月,美国人格伦·柯蒂斯先于莱特兄弟建立了第一家美国飞机公司,同年8月,在法国首届飞行大赛上获得飞行速度冠军。柯蒂斯对水上飞机的研发贡献巨大,他不断地进行水上飞机的研究和改进,于1913年研制出具有革命性意义的船身式水上飞机。1911年,柯蒂斯的水上飞机成功营救了一名迫降在湖上的飞行员,开创了飞机用于水上救援的先河。
飞行赛事、表演和体验等极大地吸引了公众对飞行的兴趣,公众对飞行表演技术和速度越来越高的要求也推动了飞机向更高性能快速发展。这些公开飞行扫除了一切外界对通用航空的质疑。通用航空在政府、航空界以及公众中引起了轰动,尤其是在他们一直受到质疑的美国掀起了航空热潮。
在各种早期的飞行活动如火如荼进行时,飞行表演和培训中不断发生的坠机事故引起了人们对飞行安全的重视,以及对飞机技术成熟性的质疑。莱特兄弟的飞行表演队和航校因为安全问题,最后都被迫解散和关闭。另外,莱特兄弟发起的专利战也在很大程度上压制了当时美国航空业的强劲发展势头。从1909年起,莱特兄弟先后将柯蒂斯和很多欧洲飞行家及飞机制造商告上法庭,起诉他们侵权。莱特兄弟的强制垄断,在一定程度上阻碍了航空市场的良性竞争和健康发展。
2.战争及战后发展期(1914—1979年)
在这一时期,美国参与了两次世界大战,战争对美国航空业的影响是具有两面性的。一方面是不利的影响。在两次战争期间,美国政府、飞机制造商们由于只重视军事领域的发展,把经费和精力全部投入到了军用飞机领域,民用航空被忽视而导致发展一度停滞。另一方面,两次战争也极大地促进了整个航空业的发展。首先,正因为飞机在战争中发挥了重要作用,美国政府开始高度重视这个行业的发展,并愿意投入极大的人力和财力,推出各种政策以推动航空业快速发展;其次,技术经验在战争中得到大量的积累,使得飞机技术、安全性能和生产效率等在战后都得到了很大提高;最后,因战争需要而制造的大量军机、修建的大量机场以及培训的大量飞行员,在战后很多都流入了民间,这为美国通用航空的发展奠定了坚实的基础。
(1)美国通用航空在第一次世界大战(简称一战)后的发展(1919—1940年)。一战后,美国政府认识到了飞机的巨大威力和重要作用,对航空业的发展变得极为重视。美国很多参与到一战中的飞机制造商们在一战后都得到了美国联邦政府的资金支持。一战后,飞机用途开始多样化,出现了实用类航空和公务航空。一战时很多人见识并体会到了飞机的威力和作用,一些富于创新冒险精神的人在战后开始将飞机逐步应用于实际的工作生活中,如空中摄影、农业喷洒和勘探执法等。这些领域后来吸引了大批的使用者,称为实用类航空。随着一战后经济的复苏和发展,一些大公司以及富人出于业务需要,开始将购买的飞机作为自用的专机,直接飞往商业航空与铁路未能覆盖的地区,从而节省时间和成本。这正是公务飞行的起点,飞机变得更为实用和有针对性。此外,一战后形成的大众航空商业市场面临着飞行事故高发、行业状态无序等的挑战,发展严重受阻,为了整顿行业、规范市场和安定民心,让航空业健康长远地发展,在一些业内领军人物的号召和催促下,美国联邦政府于1926年5月正式出台了首个航空业管理法案《空中商务条例》。该法案的内容涉及飞行员考试/资格证书制度、飞机的适航/审批/执照、安全条例的制定和执行、航线的定制和管理、空中交通导航协助和航空事故调查等。从此美国航空业的发展变得有法可依、有章可循。
(2)美国通用航空在第二次世界大战(简称二战)后的发展(1945—1979年)。二战为美国奠定了全球航空霸主的地位,美国自此一跃成为世界上最大的飞机制造国和出口国。通用航空概念首次出现,用以定义除军用航空和商业航空以外的所有飞行活动。私人飞行、公务飞行和实用类航空市场的需求不断增加,通用航空也由此成为极具市场价值的产业。
这一时期,美国通用航空飞机制造商的发展经历了重大波折。战后第一年,飞机销售达到高峰,随后几年便遭遇了滑铁卢,私人飞机销量严重下降,很多制造商由此便一蹶不振,转业或倒闭。直到20世纪50年代,通用航空制造市场才开始在商务航空(Business Aviation)和实用类航空的发展带动下逐步回温,并迅速发展。从20世纪50年代开始,私人飞机市场复苏并迅速发展。在之后的30年时间内,美国国内良好的经济形势、不断增长的飞行员群体、政府的大力推动,为其通用航空市场的发展壮大创造了基本条件。1944年颁布的《美国军人权利法案》规定政府将为老兵们支付飞行培训的费用,这也促使更多人成为了民航职业飞行员。另外,二战后美国政府为推动私人飞机市场的发展,采取了一系列举措。首先是引入先进的空中管理系统。1944年,美国民用航空局做了成立一个可容纳50万架飞机的空管系统的计划,以应对预期爆发的航空业需求。其次,美国政府率先开放空域,将大约85%的空域划分给民用航空使用,并从70年代起将私人飞机主要的活动领域——3000m以下的大多数低空归为非管制区域。在这个空域中飞行的私人飞机,无需预交飞行计划,只需向塔台通报即可飞行;对于没有塔台的机场,只要在公用频道中互相通告即可起飞。空域的开放无疑保证并推动了美国通用航空业的高速发展。最后,美国各地方政府大力修建了上千个通用航空小机场,许多前军用机场转为民用。这些举措对美国通用航空业进入高速发展起到了不可或缺的推动作用。
在通用航空飞机方面,传统活塞式固定翼飞机依然是绝对主力军,用于私人飞行、飞行训练等。派珀、塞斯纳和比奇飞机公司成为通用航空飞机制造业三大巨头。随着公务航空的迅速发展,广泛应用于商业航空的喷气发动机开始被安装到通用航空飞机上,用作短距离点到点航空运输,喷气式飞机由此进入通用航空领域。另外,直升机在通用航空领域的应用越来越广泛,主要用于空中侦察、搜寻和营救、医疗护送和防火等。特别是直升机可垂直起降、空中悬停的功能,使其可到达其他交通工具到不了的地方,如半山腰、楼顶等。直升机尽管在通用航空业占较小的比例,但其价值和作用具有不可替代性。当时的直升机代表厂商是西科斯基(Sikorsky)飞机公司。同时,通用飞机也开始采用双发动机和其他先进技术,如雷达导航、无线电通信等设备的安装,减少了天气因素的限制,大大提高了轻型飞机的安全性和实用性,使其更多地被应用于商业活动中。另外,运动类飞机和家庭自制的实验类飞机发展迅速,自成一派。
二战时生产军机所采用的大规模量产技术被通用航空制造商沿用,大大提高了生产效率,节约了制造成本,使得轻型小飞机单价低廉,并保证了通用飞机产品的充足供给。再加上当时燃油便宜,经济形势良好,私人飞机对很多美国人来说并不是一件遥不可及的奢侈品。比起乘坐时间固定、票价高昂的商业航班,更多人愿意选择拥有一架私人飞机,将其作为自己出行的交通工具,这样也更具时间和成本效益。20世纪70年代,私人飞机和公务机的生产和销售渐渐达到顶峰。1978年,美国通用飞机出货量达到了近2万架。私人飞行市场一片大好,飞行员人数也急剧增加,各地航校层出不穷,但还是难以满足日益增长的培训市场需求。与此同时,大众化的飞行文化在美国得以普及。1953年,完全由美国飞行爱好者们自发组织的美国试验飞机协会(EAA)成立。该协会每年夏天举办的EAA飞来者大会(EAA AirVenture)如今已是全球规模和影响最大的通用航空展会,也成为各种私人自制小飞机展示的最大舞台。FBO、飞行俱乐部、航空小镇等通用航空相关产业和业态在这一时期蓬勃发展。
3.发展低谷期(1980—1993年)
20世纪70年代末期至90年代初期,美国通用航空业发展陷入低谷。1979年美国商务部出台的《统一产品责任示范法》让小飞机制造商们陷入困境,诉讼缠身,赔偿价格高企,制造成本加大,产量骤减,很多老机型被迫停产。同时,因为缺乏技术创新,美国通用航空制造商的国际竞争力下滑。1979年、1990年的两次石油危机和1987年的美国股灾进一步推高了新飞机的购买和持有成本,提高了私人飞行的门槛,降低了其在国内运输系统中的竞争优势。这一时期,整个美国的通用航空市场发展陷入了恶性循环中。
1979年,美国商务部出台的《统一产品责任示范法》忽略了航空业的特殊性质,要求通用航空飞机厂商对其设计和生产的飞机及部件负终身责任(约40年),这给制造商们带来了不断的安全责任诉讼和高额的赔偿重负。尽管之后证明绝大部分责任并非是飞机及其零部件的设计和生产缺陷所致,但诉讼需投入大量的人力和财力,并且小飞机的事故率相对较高,频繁和数额高昂的赔偿使通用飞机制造商们付出了极高的代价。短短几年间,通用飞机产销量最高的美国三大活塞式飞机制造巨头派珀、塞斯纳和比奇各自遭遇的诉讼案达上百件,诉讼损失过亿美元。通用航空制造商不得不大大缩减或停止活塞式/涡桨飞机的生产,如派珀挣扎于破产边缘,并停产了其非常受欢迎的2座超级小熊和6座PA-32飞机;塞斯纳在1986年就停止了其单发活塞式飞机的生产,将注意力转移到责任风险较低、利润更大的喷气公务机的生产上;比奇被收购后,全面减产活塞式螺旋桨飞机,也将重心转移至涡桨/喷气式公务机和军机的研发和制造上。这一时期,通用飞机年产量从1979年的上万架骤减至1993年的不足千架(含公务机),单发活塞式飞机减产量最大。一些制造商由于不堪赔偿重负而纷纷倒闭。根据美国国会1994年的《通用航空振兴法案》的审议记录,1980年,美国通用飞机制造商有29家,到1992年时只剩下9家,而国外制造商数量则增加了近一倍,从15家发展到29家。美国通用航空飞机制造商在本国和国际上都遇到了前所未有的严峻挑战。《统一产品责任示范法》也极大地打击了制造商们创新的积极性,它们不愿也无力开发新技术新产品。
这一时期,美国通用航空器价格全面大幅上涨,私人飞行变得高不可攀。飞机价格飙升,私人飞机市场进入厚利薄销模式。众多因素造成了小飞机价格的日益飙升。一方面,制造商们迫于诉讼压力纷纷降低产能,小飞机的大规模生产时期一去不返,很多低级别机型停产。飞机供应量减少,单机制造成本增加。另一方面,产品责任险增高,导致新飞机的价格不断上涨。1987年的美国股灾导致通货膨胀,新飞机价格进一步高涨。其他因素还包括两次石油危机导致的燃油费翻番、人工费和税费上涨等。而此时,应用于商业航空的大型喷气机技术不断发展,为人们提供了更安全、更舒适和更快速的出行方式,票价也降到了人们可承受的范围内,逐渐成为美国人远行的首选。不断升高的购机价格和持机成本让很多美国人放弃了购买私人飞机的计划。另外,飞行员人数也在减少。飞行培训费用随市场需求水涨船高,再加上飞行员培训时间一般较长,很少有人愿意再花费大量的金钱和时间去考取并不很实用的私人飞行驾照了。飞行员培训人员更多地是以从业为主要目的——考取商业驾照或航线运输飞行员执照(ATP)。根据美国联邦航空局(FAA)对持照飞行员的统计,从1980年起,美国持私照和商照的飞行员人数均逐年下降,尽管持有ATP的人数呈上升趋势,但至1994年,飞行员总数大幅减少了将近18万人。
这段时期美国通用航空业表现出的为数不多的积极方面包括小飞机二手市场的萌芽和发展以及通用航空事故率的降低。由于新飞机供应不足、价格昂贵等因素的影响,便宜的二手飞机开始在通用航空市场流通,这无疑为飞机购买者们提供了一个很好的选择替代品,当然这也增加了新飞机制造商们的竞争激烈程度。另外,通用航空飞行事故率大大降低。FAA的统计数据表明,1980—1993年间,飞行事故率降低30%,其中绝大部分事故是由于飞行员失误、天气不佳或飞机维修不利因素所致。
4.恢复发展期(1994年至今)
为了通用航空市场的健康发展和缓解日益严重的交通拥堵问题,美国政府和通用航空业各单位做了大量的工作和努力。1994年8月,美国时任总统克林顿签署了《通用航空振兴法案》(General Aviation Revitalization Act,GARA),该法案将制造商对其生产的飞机和零部件应承担的法定产品责任年限下调至18年,以拯救颓废的美国通用航空制造业。当小飞机制造商的权益获得了合理合法的保障后,积极性大增,并恢复生产了很多之前已停产的机型,例如塞斯纳1994年就恢复了其最受欢迎的3个螺旋桨机型172、182和206;派珀在次年也恢复其单发活塞式飞机PA32以及双发活塞式飞机的两种机型。飞机出产量有所回升,但轻型飞机的价格却未受到政策影响,依旧持续升高。GARA法案生效同年,美国政府相关部门,如美国宇航局(NASA)和FAA,连同业内各方机构、大学等组成政-民联盟,先后启动了先进通用航空运输机试验(AGATE)和通用航空动力(GAP)两个项目,分别研发更安全、更易操作、更经济的飞机和发动机系列以及先进的新技术和飞行系统。
伴随着20世纪90年代美国新经济的发展,在政府和各方的通力合作和大力推动下,美国通用航空业再现繁荣景象。首先是技术创新不断取得突破,如新型涡轮发动机、航空电子(简称航电)系统的COTS技术、先进的导航系统、新的防撞击进场系统、机舱内天气显示系统和液晶显示器仪表等。新一代安全且价格适中的通用飞机相继出现,如日蚀500、西锐SR-20和Lancair哥伦比亚300。
进入21世纪后,通用航空的地位和价值在美国被进一步肯定和提升,被认为将是“高速交通旅行的第四次革命”。通用航空作为21世纪重要的国家航空运输力量,被美国政府正式纳入其公共交通系统的规划中。NASA于2001年提出建立“小飞机运输系统(SATS)”,并获政府批准和拨款。SATS计划是将所有AGATE和GAP项目中的创新技术进行整合,在未来几十年中分三个阶段研发和验证更安全、更易操作且人们可负担的通用飞机,对航空法规、空域、基础建设等进行全方位的部署,从而逐步实现在美国人人可驾驶或乘坐小飞机去往绝大多数目的地(特别是偏远地区)的愿景,让民众的未来出行更加安全、快速和便捷。2013年年底,美国时任总统奥巴马签署了《小型飞机振兴法案》(SARA),要求FAA对轻型飞机的认证标准和认证程序进行调整和简化,从而降低飞机及相关设备的升级改造成本和新飞机的价格,并鼓励创新。
这一阶段,美国通用航空业的发展进入平稳增长阶段。截至2017年,美国共有21万架通用飞行器,约占世界总量的52%,其中活塞式飞机最多,约为13.9万架,占比为66.2%。2017年,美国通用航空的飞行量接近2500万h,其中活塞式飞机的飞行量最大,达1260万h,占比为50.92%。