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博物馆里学航空

2023-05-30赵二刚

航空世界 2023年2期
关键词:双发空客波音

赵二刚

双发客机模型摆满了展柜

立巢航空博物馆位于成都环球中心,是国内首家民营航空主题博物馆。整个博物馆室内空间约5000平方米,拥有数千件航空珍贵实物与文献,“处处见航空、处处见知识、处处见专业”的设计理念与先进展陈手段相融合,全面清晰地展示了人类追逐飞行梦想的历程与航空科技的力量之美。

立巢航空博物馆共分两层(部分区域还有夹层),一层以航空发展史和各种军用航空装备为主,二层则主要展示民航和通航的内容。登上二楼来到民航展区,楼梯入口边的墙面镶嵌着数十个玻璃展柜,里面琳琅满目地摆放着数量庞大的各型民航客机模型。与馆内一些“大块头”的实机展品相比,这些袖珍模型虽然不太起眼,却能从中看出民航客机发展变迁的一些端倪。

展柜里,数量最多的就是配备两台喷气发动机的双发客机,而像波音747、空客A380 这样的四发巨无霸客机就少多了,三发客机更是凤毛麟角。现实世界同样如此,双发客机占据着统治地位。空客A380已于2021年停产,我国南方航空公司的5架A380在2022年底全部退役,其中最新的一架运营甚至不足10年。而波音747也没能坚持太久,随着美国当地时间2023年1月31日最后一架波音747交付阿特拉斯航空,为该机型半个多世纪的生产历史画上了句号。至此波音747的生产数量停留在1574架,已经相当成功;而A380的交付量只有250多架,不仅大大低于预期的1000架,甚至距收支平衡的420架都相去甚远。类似的四发宽体客机A340、伊尔-86、伊尔-96等也都早已停产,四发宽体客机时代结束了。

正在滑跑起飞的“巨无霸”客机A380,为它提供动力的是4台通用电气公司的GP7200或罗尔斯. 罗伊斯公司的湍达900系列涡扇发动机。

那么,是什么打败了三发、四发客机,让双发客机称雄世界的呢?其实原因很简单,就是技术进步使喷气发动机的性能、可靠性以及经济环保等方面都有了长足的进步。

首先看性能。喷气式发动机诞生于“二战”末期,相比活塞发动机,其动力强、重量体积小,能为飞机提供更大的推力,使其飞得更高更快,于是很快便得到了广泛使用。喷气式发动机经过几十年的发展,从涡喷发动机到涡扇发动机,从小推力到大推力,从小涵道比到大涵道比,各项性能越来越强。以最成功的商用飞机波音737为例,该机从1967年首飞至今先后发展了4代。第一代波音737-100机型,使用的是普惠JT8D发动机,其风扇最大直径只有1.37米,推力84.5千牛;而最新一代波音737MAX采用的Leap-1B发动机,风扇的最大直径达到1.76米,推力超过130千牛。

除了波音737这类中短程双发客机外,远程宽体客机更是发动机技术进步的受益者。有了更强的发动机,以往需要多台发动机才行的宽体客机,现在用两台发动机就能满足需要。1970年诞生的麦道DC-10 三发宽体客机,最大起飞重量超过185吨,采用3台通用电气公司的CF6-6D涡扇发动机,单台推力182.4 千牛;后来出现的更大的波音777,其基本型最大起飞重量超过240吨,却只需要两台发动机。特别值得一提的是通用电气公司专门为波音777开发的GE90涡扇发动机,是有史以来推力最大的喷气发动机,测试推力达到569千牛。这款发动机的直径,甚至比波音737的机身直径还大!

此外,飞机本身在材料、结构、气动设计等方面的进步,也让其性能有了巨大提升,两台发动机能干的活,没有理由用更多的发动机去完成。

再说可靠性。安全是航空运输,特别是民航的生命线,没有安全,其他都无从谈起。过去,发动机的可靠性不高,有时会突然出现空中停车等事故,如果为飞机配备3台或4台发动机,即使其中一台出现故障,也不会对飞行造成太大影响。依靠剩余的发动机,飞机仍然能安全抵达目的地或备降其他机场。特别是一些洲际和越洋航线,国际民航组织一度规定必须使用三发或四发客机执飞,就是担心发动机在空中出现故障后有可能导致的意外情况。

为了适配更大尺寸的发动机,波音737MAX 不得不提高并前移发动机吊舱的位置,使发动机最高点甚至超过了机翼上表面。这也造成飞机气动构型发生改变,波音公司只得用飞控软件去补救,最终导致两起严重空难而令该机一度停飞。

罗尔斯·罗伊斯公司的湍达800系列发动机是波音777的备选动力之一

雖然发动机的可靠性已经非常高了,但有时也会突发故障,满足ETOPS准则的客机能更好地避免因此出现的事故。2021年2月20日,美国一架从丹佛飞往夏威夷火奴鲁鲁的波音777-200客机起飞后不久,一台发动机发生故障在空中爆炸燃烧。大约25分钟后,该机在丹佛国际机场安全着陆,所幸没有造成人员伤亡。

随着技术的发展,双发客机执飞这类航线成为可能。为了保证安全,国际民航组织订立了一個基本准则,即双发延程飞行准则,其英文全称为Extended-Range Twin-EngineOperational Performance, 简称ETOPS。准则要求双发飞机在一台发动机失效的情况下至少还需要保证该架飞机能够飞行120分钟,以便飞抵最近的备降机场,只有达到准则的飞机才能投入市场。目前有些双发飞机在单发动机失效的情况下可以继续飞行超过300分钟。ETOPS准则主要应用在跨越沙漠、海洋和极地的航线,因为此时可供选择的备降机场较少。ETOPS 能力越强,意味着航空公司可以利用双发飞机开辟更多的直飞航线。

最后谈谈经济环保。一款客机的成功,除了技术先进、舒适安全外,商业成功也至关重要,毕竟飞机制造商和航空公司都是要赚钱的。

以已经停产的A380为例,飞机本身的技术并不是不好,而是市场导致它被航空公司“抛弃”。除了其本身高昂的造价、对机场等设施有更高的要求外,最重要的是市场对这种高载客量客机的需求有限。A380项目初期,空客预计未来一些重要枢纽航线上的客流量会急剧增加,商业航空可能会转变成以枢纽航线为中心,再辐射到周边中小城市的航线模式。A380这种超大载客容量、超远程航线的超大型客机,可以直接连接世界上距离较远的枢纽航空中心节点。但实际情况却并非如此,更多的航线出现在二线城市间的直飞,枢纽机场的中转并未达到此前的预期。而波音公司推出的波音787系列双发客机,其航程远、载客量适中,任务柔性好且航线适应性强,更适应市场的需求。最终结果大家都看到了,波音787大获成功。好在空客也很快做出改变,推出了A350双发客机与之竞争。

而且,4台发动机的A380肯定比两台发动机的波音787 或 A350更加耗油,而航空燃油的费用在航空公司的运营成本中的占比一直不低。多出的发动机除了更耗油,其碳排放也会更大,对于越发重视环保的航空业,双发客机也成为更好的选择。

综上所述,如今的双发客机,小到支线客机ARJ21,中到干线客机波音737、空客A320和C919,大到波音787、波音777和空客A350,几乎能覆盖各种短、中、长程航线,应对各种客流需求,而且还更加经济、省油和环保,它们成为航空市场的“统治者”也就不足为奇了。

当下,燃油经济性更好、航程更远,但座位数适中的飞机更受市场欢迎,而用“小飞机”飞大航程也正成为航空公司的新选择。空客公司开发的A350-1000机身更长,标准载客量可达369人,已经接近四发客机波音747的载客量了。

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