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你只看到飞机餐难吃 航班延误 却忽略了航空技术

2015-09-21 09:57:18 翼生活 翼生活专栏

 

有网友表示,感觉最近数十年来,民航客机的技术似乎并没有什么长足的进步。新机型层出不缺,但觉让人感觉大同小异,旧瓶装新酒。

这位网友想到了每一个环节,你看。

外形构型:新型号大中型客机清一色的下单翼,翼下吊挂发动机,远看过去真是全都一个模子里出来的。以前流行的三发布局,T型尾翼,三角翼,飞翼布局,不是逐渐消失就是未来看不到前景。

飞行速度:毫无进展,唯一例外的协和还黄了。相比起来,反而还是更旧一些的757, 757这样的机型巡航速度要比新机型快那么十几节。

航程:毫无进展,超远距离航线依然极其不经济,纷纷被航空公司砍掉。中国依然飞不到南美。

乘坐舒适度:当然这个并非制造厂商的责任,主要是航空公司越来越抠门。但是相关的领域,客舱气压,湿度,温度等等,仅仅是最近的A350和787才有了非常非常有限的提高。

燃油经济性:这个似乎倒是有一些进展,而且似乎是每次机型更新最被强调的进展。但是燃油经济性的改进似乎全部集中在对发动机和翼梢小翼做文章。特别是小翼,各种花哨新潮的设计,大的小的,直的弯的,一片的上下两片的,简直层出不穷,对于外行来讲简直是每次新机型最突出的更新不同点了。

电子/导航:似乎主要进步就是用电子显示屏替代了机械仪表。飞安记录设备毫无变化,每次空难之后都找不到。空管只会依然靠自然语言通话,甚至发生了MH370这样飞机找不到了的事故。自动驾驶不知道有什么进步,但是起飞降落依然依赖人工。

天气适航性:毫无进步。没法飞的天气还是没法飞,要颠簸的航路还是要颠簸。

那么请问,最近几十年来民航客机真的没有什么大的技术进步?

(果然是个超级网友,小编会被难住吗?)

在过去的十几年里面,航空飞行器的发展进行了一场彻头彻尾的变革!这一点是毋庸置疑的,坐飞机的人感受不到是因为飞机又不是大众化的工具,所以只看外形看不见内部。

关于外形结构:

707和737机身部分据说都是同一外形设计,但是这种稳定的设计,正是一代一代设计师从实践中,证明了三发布局,T型尾翼,三角翼,飞翼布局的不适宜,才确立了今天稳定的设计和构型,什么三发甚至四发发动都是旁门邪道(A380除外 747-8是没有办法的办法),不见黄河不死心,不撞南墙不回头,碰一头包之后大家又都回到最便宜最可靠的现在构型。想当年747差点逼死波音,空客如果没政府补贴也不可能走到今天,现在看A380能收回成本就不错了,已经不在了的麦道、哈维兰表示点赞。

除了外形,飞机新材料的选择更新上却日新月异,737NG基本都没有采用任何复合材料,而777的复合材料采用比例可以达到20%,而787可以达到百分之50%,这对一直梦想用更轻的材料造就更坚固机身的民航飞机设计者来说可以说的上是大的技术进步了。

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看,当年777的原先设计是三发,结果被众航空公司喷的狗血喷头,只得灰溜溜的改成双发了现在构型是最好的!

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像当年喷气式飞机的鼻祖彗星,内藏式发动机美吧,没有用,发动机的检查、维修、更换对机务苦不堪言,对航空公司来讲综合成本太高,然后就被无情的抛弃了。至于三发布局?随着发动机可靠性的不断提高,航空公司恨不得只用一台发动机。

关于飞行速度:

在60代末期,70年代初期,也就是”协和“风劲吹的时候,民航客机的设计者一度也认为下个时代是超音速飞行的时代,但后来一系列事故和故事,证明了超音速飞行的不适用。(小编想来,如果超音速真的被普及,那将不仅仅是昂贵机票的问题,航空飞行也将不属于大众了。)

30年前就有SR-71“黑鸟”,时速3马赫,还有3马赫的重型轰炸机曙光女神XB-70,6个发动机,后来因为导弹技术比飞机好,砍掉了。

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这是3马赫高速飞行时的XB-70机翼。

但是换来的是SR71每飞行1小时至少需要100小时的维护。而且还必须要有空中加油机伺候才能飞,因为在地面上因为漏油太厉害,满跑道都是它的漏油不可能加满油箱,必须起飞后高速冲刺让机身热了缝隙堵住了,再空中加油才能继续执行任务,你愿意付出至少100倍的票价去节省3/4的时间吗?100倍恐怕都说少了,因为SR71用的都不是航空煤油,用打火机都打不着!据说每小时飞行成本在1968年已经是百万美金/小时。

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你看机身上那些漏油!这哪是漏油,这是漏钱呀!!

 

超音速决定超高成本,协和就是例子,所以如今的喷气飞行的速度被定格在时速800公里上下,从早期的波音707、道格拉斯DC-10、洛克希德L-1011到现在的波音787、空客A350,在速度上都没有质的飞跃,但机票的价格和航空公司的运营成本在一路下降,这是不争的事实。

飞机最大的科技在机翼和发动机上,而机翼的设计是巨坑无比的流体力学和材料学,每进步一点都意味着巨大付出!需要反复的计算、验证、风动测试等等。

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高效能机翼,翼尖小翼?那是过去时了,看看787有吗?A350有吗?

尤其现在又流行的层流翼(二战时代的 P-51 “野马”战斗机采用层流翼设计,但二战时代的工艺无法保证机翼表面足够平顺,无法达到真正的层流翼。现在工艺可以做到机翼表面足够平顺,使层流翼的概念重获新生。

但NASA的研究更进一步,研究采用主动吸气控制,控制局部的气流走向,保持气流贴附于机翼表面,避免气流分离导致湍流和阻力。另一个概念是受控凹凸。按照常理,表面的凹凸不平是破坏层流条件的重要原因,但如果凹凸的尺度足够小,不足以引起湍流,但气流只接触到的凸起的微小鼓包,产生摩擦阻力的接触表面积实际上变小了。

布满茸毛的荷花叶子上水珠滚落得更快,就是一个例子。这些概念在原理上并不难,但工艺制造是一个问题,实用中如何保持不受污物堵塞而失效是另一个问题。NAS 的研究就是要把这些技术实用化,让飞机的空气摩擦力更小,从而更快更省油。

关于航电系统:

电子显示屏替代了机械仪表,不仅仅是单独的替代,还可给飞行员提供多得多更直观的信息,信息量大概是之前的十倍,而容易理解的程度降低了十倍,大大减少了机组的人数,也大大减少了机组的工作负荷。

电传操作,这是最难看到的,不是简简单单把操纵杆变成跟游戏机一样的手柄,电传飞控技术的背后是静不安定设计,这种设计可以大幅降低油耗,但是缺点是人类无法操作,必须由电脑实时监控和操作才能飞行,可以降低10%-20%的油耗。

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早期的驾驶舱,密布的仪表面板

目前的GPS精度已经到达了小于5米垂直高度,几乎不需要任何额外的地面和外部的导航设备了。就像霍尼韦尔刚刚在浦东机场投入使用的GLS卫星导航助降系统,摒弃了传统的机场地面助降设备,使用了多少年的VOR、NDB地基导航以及偏差较大的惯性基准系统,终于渐渐成为备用导航系统,飞机终于能做到几乎在世界的任何一个角落,飞出任意想飞的航迹,这大大提高了飞机的覆盖范围和飞行的精准度。

现在的自动飞行系统和自动导航系统,几乎不需要人工介入就能完成飞机的起降,飞行员从驾驶员变成了驾驶舱的管理者,甚至出错了系统也有挽回的冗余性。

现在的数据链系统,空地,空空数据链都是自主的,不需要飞行员介入,另外还提供从天气、交通、通信、飞行计划、飞行姿态等等,只要航空公司愿意选购,根本就不可能出现飞机无故失踪这种事情, 但是作为安全考虑,必须要求飞行员的语言交流,因为他们是飞行最后的屏障。

ACARS飞机通信寻址与报告系统,已经应用很多年了,带来的具体变化就是过去只能靠语音打电话,现在增加了发短信功能,另外,从通讯的广度上来说,从过去只能靠VHF和你附近的塔台通讯,到用HF可以跨大洲的通讯,到现在通过phone patch和卫星电话和全球任何地点通讯(简单的说可以直接拨电话号码打到你女朋友的手机上)用一个比喻来说的话,几十年前,通讯大概只相当一步不能发短信只有市话功能的小灵通,到现在一部全球通智能手机的区别。

新一代空管ADS-B自动监视相关广播系统,可以大幅提高航路效率,过去空管系统飞机与飞机之间是看不到的,说不好听的飞机各个都是瞎子全靠地面指挥,而ADS-B出来之后,各个飞机之间可以相互看到,非常直观,类似于我们使用的GPS+路况信息,只是更精确。如果有ADS-B提克里克世界最大的空难不会发生,因为不需要塔台,两家747都会知道对方的位置,而不会发生两机相撞的惨剧(700多场的葬礼很花钱的~~),

这是空管系统的重大革新。至于增加录像,增加追踪,对于现在科技来说只是分分种种的小CASE,但是这样做只会给航空公司负现金流而不会带来一分钱的收入,航空公司自然没有动力去做,如果月月发生MH370这种驾驶员蓄意驾机失踪的事,不用你着急,航空立马跳出来装了。

乘坐舒适度:

今天的波音787和空客A350已经比过去的777或者320不知要好上多少倍了,拥挤的座位是因为经济原因。比如客舱舒适度,不仅仅是A350和787才有提高,坐进MD90有明显的压抑感,灯光昏暗洗手间布局相对不合理,行李架小,温度湿度也不如737NG合理。90年代的飞机普遍没有个人娱乐系统,宽体机有投影大屏幕已属不错,分辨率低颜色很差。很多细节乘坐时才能体会到,A320、737-800这一年代的飞机舒适度比MD-90这一年代要好很多。目前这些飞机的气压和温度控制系统已经让你感觉不出来地面和高空3万尺的差异了,你要知道3万尺的高度,人类只能生存不到30秒的,现在的国际旅行基本不会感到压抑和难受,除非你隔壁是个大胖子。

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现在除了在飞行时间上无能为力外,航空公司在乘机感受上做足了文章,每个座位独立的电视娱乐系统让普通旅客也能在漫长的旅途中享受影院的快感,飞机配备卫星电话系统让分秒必争的商务人士可以在飞机上得心应手使自己的金钱永不眠。

机上WIFI更是航空公司热衷的,三大航陆续投入WIFI系统,除了满足刷朋友圈外,国航的机上网络娱乐系统甚至已经实时观看9.3阅兵的直播了。那么如果从这个角度看,是不是也可以说是重大的技术进步呢!

至于有朋友在为13个小时飞行大感头疼,我想说的是矫情!全中国还有N多人坐绿皮车咣当咣当20-30个小时,你坐13个小时就头疼?

 

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将来甚至会这样--半站票,说不定卖“挂”票也可能,一切取决于你愿意花多少钱。

不过就在昨天,国内的春秋航空接受了首家高密度版的A320,载客量达到毫无人性的186座,看来离卖站票不远了。

燃油经济性:

燃油经济性是与乘客息息相关的,因为它直接决定票价的高低,过去4台发动机的飞机,现在看来已经靠边站了,在这个领域双发客机已经完全覆盖,比如说777的GE90发动机的成功研发,远程航线4发客机成为历史(A340痛哭流涕,777出来之后偶一架都卖不出去了),直接降低了成本和油耗,堪称工程界杰作,来看看777发动机有多大,越大效率越高,越省油。

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砂锅大拳头没见过,跟飞机一样宽的发动机可真有!快赶上737的机舱横截面大了吧。是不是你的票价又便宜了?

发动机这背后的技术更是令人发指的一塌糊涂,比如说这叶片吧,任何一个学过机械加工的人都知道,设计、加工这种复杂的不规则大曲面的难度有多高,这还不算完,这种叶片工作状态又极为恶劣,高温、高压、高G力下还要尽量的轻以提高效率,这是多么不容易的事,你觉得这样就完了?看看,这些叶片都是中空的!太复杂了有没有!工业王冠上的钻石岂能浪得虚名,这凝聚太多的心血了。

航程

关于航程,波音747-200客机当年北京飞纽约需要经停阿拉斯加加油,而747-400客机已经可以跨越极地直达纽约,现在777-200LR能飞17,500公里,足以不需要中途加油飞任何1个城市了,中国飞到南美不再是梦想,但是哪有这么多客流?新加坡航空的SQ21纽约特快,曾是世界最长航班,可惜赔钱停了。

说白了,航程根本不是问题,票价才是王道,航程不够中途加油就行,新加坡航空的纽约航线就是在法兰克福经停,洛杉矶航线就是在东京经停,即保证了优惠的票价,又有二程上座率,最重要的业载也增大了,

天气适航性:

这个问题比较难回答,前不久海航从成都飞北京的航班遭遇晴空颠簸,首先这是极为罕见的,其次目前的气象雷达不可预知。国内飞行时间段,相对来说使用的飞行高度就比较低,发生颠簸的概率就比较大。

航路雷雨预报,目前霍尼韦尔的三维气象雷达,能够分析天气态势,云层厚度、雷暴强度,为飞行员主动提供优化航路。在这之前要靠机长的经验,地面气象预报和前机飞行员报告。

归根结底,客运飞行和公交大巴是没有什么区别的,就像利润和商业价值是一只看不见的手,控制着整个业态的发展方向。新技术固然流弊,但在成本面前也要低头。对于航空公司而言,民用航空飞行器不过是一个运载工具,安全固然重要,盈利才是王道!

责任编辑:实习编辑 王婵