A Tale of Two Airplanes

20世纪60、70年代,是人类航空史上的一个大发展大时代,引擎从经典的涡轮喷气发动机Turbo jet 转变到更为先进,效率更高的涡轮风扇发动机Turbo fan,更大,更高,更快的客机被设计制造,更安全更复杂的控制系统被应用于民用航空,然而在这个大潮中,最值得一提的依然是1969年,两架将改变人类航空史的飞机,第一次飞翔在天空。1969年2月9日,世界上第一架宽体式喷气式客机,波音747原型机,进行了成功试飞。紧随其后的,第一款量产型超音速民航客机,协和号(concorde)客机在1969年3月2日顺利地完成了自己的第一次试验飞行。围绕着这两款迥然不同的飞机,我们的故事由此展开。

Clipper Victor, 第一架服役的747客机
concorde 协和号超音速客机

两种观点,截然不同的设计

747和concorde分别是两种极端不同的对航空业的观点的产物。波音认为未来的航空业将会在客流量上有一个巨大的增长,因此,航空公司需要更大的客机来运载更多的客流。而concorde的设计思想则是在喷气式客机的基础上创造下一个航空业的奇迹,更高更快更加舒适的超音速客机。这两件事都是之前任何人都没有尝试过的。

虽然在当时,战斗机已经可以做到通过加力增速实现段时间的超音速,然而,超音速巡航在当时,即使包括军用航空依然是一件难以想象的事情。concorde不仅仅实现了超音速飞行,其巡航距离超过7000公里,可以实现跨越大洋的超音速飞行。曾几何时需要数日的跨洋旅行,现在只需要3个多小时的航程。

而建造一架具有双层客舱,双走廊的宽体式大型客机,同样具有挑战,在当时,被认为是军方明珠的的B-52轰炸机,拥有超长的机翼和惊人的8台发动机,其最大起飞重量也不过220吨。在当时,波音的最大尺寸,最新锐的的客机Boeing 707-320也只有区区150吨的最大起飞重量。机身净重就将超过150吨的庞然大物轰然飞入云端,必然也会成为航空业的一个新的里程碑。

时至今日依然鹤立鸡群

时至将近40年后的今日,经过数十载航空业的发展,更多更先进的飞机问世,这两款飞机依然具有相当自己独特的特性,并给人们留下深刻的印象。

虽然,随着AirBus A380的投入运行,Boeing 747已经不是唯一具有双层客舱的客机,他那突起的前半截客舱依然使得747成为唯一最容易辨认的民用客机。而且,时至今日,Boeing 747依然是世界上唯一一款客机具有机头位置的座舱。仔细观察747的机头就可以发现,747的驾驶舱完全设立在机舱的上层,因此,下层机舱的第一排座位可以向前延伸至驾驶舱之前,直到机头的位置,虽然这一设计并没有太多技术上的意义也不能创造更美好的景观,但这依然成为747独有的一个外形特征。

747原型机的机首部分

而concorde则更是具有令人过目不忘的外形,S型细长三角翼;修长而雪白的机身;方形的发动机;可伸展的机首。这一切都展示着concorde的高贵气质。这一切都和concorde独特的超音速飞行技巧有关。细长的三角翼可以在超音速飞行时提供更好的空气动力学性能,可伸展的机首同样是考虑到动力学原因。由于超音速飞行会产生极大的热能,为了减少机身所受的热量,机身被涂成雪白而减少由于光照吸热。方形的发动机包含了特殊的进气设备,使得发动机可以在超音速飞行时正常的吸入空气。这一切都设计,使得concorde如此的与众不同,而当他超音速飞跃你的上空时,响亮的超音速产生的音爆也会给你留下深刻的印象(虽然是负面的…..)

concorde的特殊发动机进气系统

先进技术的领头羊

作为航空史上里程碑式的两款飞机,他们各自承载了当时最为先进的航空技术。并对今后的航空业产生了深远的影响。

Boeing 747最为主要的技术贡献在于首次采用了大函道比的涡扇发动机(high-bypass turbofan engine),相比传统的喷气涡轮机(turbojet),涡扇发动机利用涡轮推动前面的扇叶提供二外动力,而涡扇系统设计的更好时,涡轮可以推动更大的扇叶,因此而产生更多的动力。在正常的亚音速巡航飞行时,大函道比的发动机将具有更高的效能,更加节省燃油而提供更大的推动力。时至今日,大部分客机都采用了大函道比的涡扇发动机(事实上,现在的发动机要比当时747所采用的函道比还要大更多)来提高运营效率。而747将宽体式大型客机的概念引入民用航空业,并彻底带来了民用航空也宽体客机的时代。

而concorde为了实现超音速巡航,自然也拥有更多独门秘笈。抛开其超音速的能力不谈,concorde依然具有相当多的独特技术特点。虽然,大多数人认为AirBus A320是世界上第一款完全电子控制(fly-by-wire)的民航客机,然而,A320只能称得上是第一款完全数字化电子控制(full digital fly-by-wire)的客机。因为早在十多年前,concorde已经实现了完整的电子控制系统(fly-by-wire),而空中客车正是继承了这一套技术,而设计了数字电子控制的A320。而当AirBus A380宣扬自己的5000ft客舱压力提供了更舒适的客舱时(相比747-400的8000ft客舱压力),不知有多少人知道,concorde的客舱增压也是被设计在6000ft这样一个极限的范围。而concorde则是数十年前的飞机,同时,其飞行高度更高,舱外的压力更小,使得客舱的压差惊人之高。在当时那个时代,能够设计出这样的客舱可想而知是多么困难的一件事。

同样优秀的飞机,皆然不同的命运

Boeing 747和concorde同样是设计完美的民航客机,两架飞机都具有完美的安全记录,并创下了无数的飞行记录。然而,Boeing747在40多年后的今天,依然又其后续机型出产,Boeing 747-8I依然是波音未来数十年的计划(Boeing Yellowstone Project)中重要的组成部分Y3。

Boeing 747-8I

在另一方面,2003年的11月26日concorde完成最后的飞行而退役,为人类短暂的一段超音速民航历史画上了终止符。正是由于两款飞机遵循了完全不同的设计思想,而导致了两款优秀飞机完全不同的命运。

随着石油危机的到来,燃油的价格越来越高,而航空的运营成本也随之水涨船高。但随着航空业的发展,越来越多的人选择飞行作为自己的主要旅行手段,因此航空业亟需更大客运量,而更节省燃油的飞机。Boeing的设计理念正符合了这一需求。然而,只有很少数的人会在意concorde超音速飞行所带来的2倍多的速度提升,毕竟节省下来的几个小时的时间并不能构成人们购买昂贵机票的理由。以2000年当时的主流客机计算,concorde的每载客每公里的耗油量是其他普通客机的3-4倍之多,如此巨大的成本差异使得concorde难以经营。concorde历史上唯一一次的空难也为concorde的棺木钉上一颗钉。

法航4590号航班事故

2000年7月25日,一架concorde客机在跑道上滑行起飞,在同一跑道刚刚起飞的一家美国大陆航空的DC-10客机掉落了一个金属碎片零件在跑道上。concorde的轮胎刚好压过这个金属碎片,导致轮胎爆裂,其碎片击穿油罐导致大量漏油。另一碎片击穿电缆,使得电缆漏电点燃了泄露的燃油。由于升力不足,飞机无法完成爬升,最终坠毁,机上无人生还。熊熊燃烧的concorde立刻成了当天所有报纸的头条。concorde独特的外形使得人人都能从那照片辨认出这一高贵的客机型号。而且,由于全世界只生产了20架协和客机,同时还有6架并非由航空公司使用,使得协和客机成为运行数目极少的客机。因此,虽然只有一架客机事故,这一起事故已经使得concorde的每公里事故率或每架次事故率远远超过了其他客机,一下子从最安全的客机变成最为危险的客机。虽然在此之后,多处技术改动使得concorde更加安全,然而由于经济因素。并且由于事故,人们更不愿意选择乘坐concorde出行,concorde的运营举步维艰,并最终停止了飞行。

以上,就是在上个世纪末,两种不同设计理念下,两款传奇般的飞机的故事。然而,在现今,民用航空业中又开始出现了两种不同的声音,两款梦幻般的飞机横空出世,空中客车 AirBus A380将继续上演超大型客机的精彩,而波音则选择制造更高效的Boeing 787飞机,让我们拭目以待,看这两款梦幻飞机为我们带来什么样的新的传奇。

 

 

Boeing 777X 再续一代传奇

随着Boeing 787系列和747-8的交付、商业飞行,Boeing的新系列开发重心已经转移到737Max以及777的后续机型777X。

时至今日777依然是当今最大的双发宽体式客机,借助先进的计算机辅助设计,完整的fly-by-wire系统,由世界上最大口径的涡扇引擎带来的优异的燃油效率,777成为了一代安全而广受欢迎的大型客机。然而,随着技术发展,飞行器的燃油效率进一步改善,同时考虑到尚未上市的Air Bus A350系列的潜在竞争。Boeing将在这一经典系列的基础之上,加入在787,747-8开发中得到的经验技术,开发777最新一代的机型777X。

更大的翼展,更多的载客量

按照计划777X将换装复合材料机翼,并将机翼翼展增宽到惊人的71米宽,超过了现有的Boeing 747-8的68.5米。由于747-8和777都采用类似的翼梢设计,这使得777X成为boeing最大翼展的飞机。同时,在当前机舱的设计基础上,777-9X将机舱增长2.13米,增加了一定的载客量。按照设计,三舱配置的777-9X也能超过400座,这一数字将完全超过A340四发客机,更大的容量,依然保持双发动力,必然提高了其运营效率。

更轻,更省,减小引擎

虽然前述的,在机翼及机舱的增宽增长的情况下,新款飞机的整体净重反而从352,000 kg减少到342,000 kg。这减肥的功效,一部分来自于大规模采用新型复合材料,同时也会来自于减小的引擎尺寸!减小引擎尺寸!减少引擎推力,这在飞机的后续机型开发中实在是非常少见的情况。然而,在777X的设计上,由于具有更好的空气动力设计,虽然飞机整体设计变大,所需的动力却从115,540 lbf  x 2 减少到 99,500 lbf  x 2。引擎尺寸也从343 cm减少到325 cm,GE,RR和PW均向boeing提供了自己100k lbf级别的引擎设计。减小的引擎推力,必然会进一步减少所需的燃油消耗,配合增多的客舱容量,777X必然成为新一代高效率客机。

当前,777X的设计依然处于非常早期的阶段,就算不考虑跳票因素,boeing也预计在2019年才会交付新一代的777X系列。总之,也就让我们在期待787和747-8I的同时,关注777的下一代传奇。