航空科普:飛機都長一個樣?其實它們大不同
來源:科普中國
發布時間:2022-12-30
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相比於(yu) 各種誇張的創意、百花齊放的上世紀五六十年代,今天的民航業(ye) 態似乎已經是到了一個(ge) 過於(yu) 成熟、沒有太大創新的階段。現在你搭乘民航飛機的流程和感受,大抵與(yu) 二十甚至三十年前沒有太大不同。

但是在這種表麵的穩定之下,民航業(ye) 其實正在孕育著深刻的變革。讓我們(men) 看看在過去的幾年裏,民用航空業(ye) 都發生了哪些變化。


01

世界民航製造業(ye) 格局

正在經曆激勵震蕩

2022 年 9 月底,被寄予厚望的中國大飛機——中國商飛 C919 單通道幹線客機在曆經了五年多的試飛取證工作後,終於(yu) 獲得了中國民航總局頒發的型號合格證。預計幾天之後,C919 就將首架交付給啟動用戶中國東(dong) 方航空公司,並很快投入商業(ye) 運營。

這意味著中國首款完全商業(ye) 化的自主品牌大型客機正式開始參與(yu) 國際航空市場的激烈競爭(zheng) 。

C919 的橫空出世,一舉(ju) 打破了過去幾十年來穩定的波音、空客兩(liang) 強壟斷民航大飛機市場的格局。

於(yu) 此同時,俄羅斯航空工業(ye) 再次挑戰民航大飛機的作品 MC-21 在經曆了一係列的內(nei) 憂外患之後,也將於(yu) 最近交付俄羅斯 Rossiya 航空。

MC-21 和 C919 都是單通道窄體(ti) 客機,它們(men) 將與(yu) 波音的 737MAX 係列與(yu) 空客的 A320neo 係列一起,爭(zheng) 搶民航業(ye) 中最大的一塊蛋糕。新勢力的加入,必將對世界民航工業(ye) 帶來新的動向。

幾家歡喜幾家愁,在中國商飛這樣的挑戰者躊躇滿誌加入競爭(zheng) 的同時,另一些航空製造企業(ye) 選擇退出了民機製造市場。

其中包括曾經非常接近於(yu) 成為(wei) 民航大飛機製造商的加拿大龐巴迪公司,這家曾經生產(chan) 運營了一係列成功的渦輪螺旋槳和噴氣式支線客機,並於(yu) 21 世紀初推出了自己的百座級噴氣客機 CS 係列的老牌製造商,於(yu) 2020 年 2 月完全剝離了自己的客機生產(chan) 線,目前專(zhuan) 注於(yu) 公務機的設計與(yu) 生產(chan) 。

龐巴迪的 CS 係列被空客購入,改頭換麵成為(wei) 了空客的 A220 係列。

而比 CS 係列更早的噴氣支線客機 CRJ 係列,則被日本三菱飛機公司收購。日本三菱購入 CRJ 的資產(chan) ,是為(wei) 了完善自己的客機版圖。

但是在經曆了一係列研發進度滯後,財務困難,加上新冠疫情對世界航空業(ye) 的打擊,2021 年底,日本三菱決(jue) 定放棄已經進入原型機試飛階段的 SpaceJet 噴氣支線客機計劃。

至此,在花費了近二十年時間和無數的金錢之後,日本挑戰大型民機製造的夢想再次破滅。


02

客機換代悄然完成

當地時間 2022 年 12 月 6 日晚,一架波音 747-8 型貨機從(cong) 位於(yu) 美國西雅圖埃弗雷特的波音生產(chan) 線大門推出,這標誌著被譽為(wei) 空中女王的傳(chuan) 奇波音 747 結束了它 54 年的生產(chan) 曆史。最終交付數字停留在 1574 架。

波音 747 是世界上第一種寬體(ti) 客機,埃弗雷特生產(chan) 線是為(wei) 了這種巨型四發客機專(zhuan) 門建造的,它的占地麵積與(yu) 整個(ge) 故宮相近,是世界上最大的單體(ti) 建築之一。

波音 747 並不會(hui) 感到孤獨,差不多一年前,它的挑戰者,空中客車的超級巨無霸客機 A380 的生產(chan) 線也在完成了第 254 架之後停止了運行。

A380 也是一種四發巨型客機,它和波音 747 的漸行漸遠,標誌著民航史上四發噴氣客機時代的謝幕。在寬體(ti) 客機領域,雙發、稍小,但是更經濟的空客 A350 和波音 787 係列已經成為(wei) 全球乘客洲際旅行時最常搭乘的機型。

在數量更龐大的窄體(ti) 客機領域,陪伴了一代人的波音 737NG 和空客 A320ceo 係列都在不久前完成了最後一架的交付。

雖然這些經典機型依然是目前機場裏最常見的飛機,但隨著它們(men) 的接班人波音 737MAX 和空客 A320neo 係列的快速生產(chan) 交付,大家會(hui) 越來越多體(ti) 驗這些新一代客機。

需要指出的是,波音 737MAX 係列目前尚未獲得我國民航部門的複飛許可,但在世界其他地方,它已經恢複了正常的商業(ye) 運營和生產(chan) 交付工作。

如果不是瞪大眼睛豎起耳朵,你可能並不會(hui) 注意到自己搭乘的是新一代機型,因為(wei) 不管是外觀還是客艙內(nei) 部,這一代客機跟上一代的差別並不大。

外觀上的最大差異是發動機更換成了更大涵道比的渦輪風扇發動機,直觀來說就是直徑更大了。這些更大直徑的發動機最顯著的特點就是比上一代普遍節油 10%-15%。更低的油耗意味著更低的運營成本和更少的二氧化碳排放。

除此之外,新一代發動機普遍降低了噪音水平,這也是為(wei) 什麽(me) 你需要豎起耳朵判斷自己乘坐的是不是新一代客機的原因。

我國的 C919 客機同樣采用了與(yu) 波音 737MAX 和空客 A320neo 同級別的大涵道比渦輪風扇發動機,因此也是新一代客機的重要機型。


03

節能減排

世界民航業(ye) 的重大挑戰

隨著全球氣候變化造成的災難發生頻率越來越高,碳排放、碳中和、碳達峰,這些字眼越來越多的出現在我們(men) 的日常生活中。

如今,世界民航運輸業(ye) 產(chan) 生的碳排放約占全球人類活動產(chan) 生碳排放的 2.1%,占全球交通運輸產(chan) 生碳排放的 12%。雖然從(cong) 比例上看並不大,但是平均到每架飛機、每個(ge) 航班、每個(ge) 航空旅客,民航業(ye) 又是不折不扣的碳排放大戶。

目前,很多航空公司和航空製造企業(ye) 都提出了野心勃勃的在未來一二十年實現碳中和的宏偉(wei) 目標。如果還是用改進現有的發動機,十年研發一代,每代油耗減少 10% 左右的步伐,碳中和的目標無異於(yu) 癡人說夢。

為(wei) 了實現航空的碳中和,一種新型燃油正逐漸成為(wei) 人們(men) 關(guan) 注的焦點,這就是可持續航空燃油(Sustainable Aviation Fuel,簡稱 SAF)。

這種燃油,不論外觀還是物理和化學性質,都與(yu) 現在被普遍使用的航空煤油非常接近。目前,包括我國的多家航空公司在內(nei) ,很多航司已經用 SAF 進行了試飛,飛機的飛行性能正常。

不過,這種燃油是不會(hui) 產(chan) 生碳排放的,這是因為(wei) ,碳排放計算的是化石燃料燃燒產(chan) 生的二氧化碳排放,SAF 來自於(yu) 非化石燃料,是用廢棄食用油、廢棄農(nong) 產(chan) 品和類似垃圾經過提練合成而來。通俗的說法是,SAF 是用地溝油生產(chan) 來的。

可用於(yu) 生產(chan) 生物航空煤油的生物油脂原料。圖片來源:中國石化石油化工科學研究院

這些原料,是現在的植物經過光合作用,用大氣中的二氧化碳和太陽能合成出來的,所以使用 SAF 並不會(hui) 增加大氣中的二氧化碳含量。

目前,SAF 的生產(chan) 規模還比較有限,成本也要遠高於(yu) 傳(chuan) 統的航空煤油,但相信隨著越來越多的航空企業(ye) 加入,隨著產(chan) 能的提升,SAF 的價(jia) 格將逐步減低到合理的水平,成為(wei) 航空業(ye) 碳中和實現的主要助推器。


04

全新航空器

正從(cong) 科幻飛入現實

可持續航空燃油解決(jue) 的是現有的渦輪航空發動機的減排問題。

從(cong) 上世紀三十年代英國和德國的航空工程師製造出第一批渦輪噴氣航空發動機到今天,這些發動機已經經曆了近百年的持續改進,成為(wei) 了助力人類飛翔的最重要動力來源。但從(cong) 熱力學到材料學,航空渦輪發動機逐漸遇到了瓶頸,全新的航空動力呼之欲出。

民航巨頭空中客車正在布局一個(ge) 龐大的未來航空動力新景象,用於(yu) 輕小型航空器的純電動方案、用於(yu) 中輕型航空器的混合動力方案、用於(yu) 大型航空器的氫動力方案,空客正在於(yu) 奧迪、西門子等其他行業(ye) 巨頭一起,為(wei) 2050 年的天空提供全套的解決(jue) 方案。

2022 年 6 月,空客中國研發中心在蘇州落戶,這個(ge) 研發中心的重點就是圍繞氫能,試圖解決(jue) 從(cong) 製造到儲(chu) 存運輸和使用全產(chan) 業(ye) 的各種技術問題。動力方案的顛覆必將帶來航空器整體(ti) 布局的全新變化,自上世紀六十年代至今沒有重大變化的飛機外形即將迎來改變。

這種改變,已經發生在了一些也許不能被稱之為(wei) “飛機”的民用航空器上。這就是近幾年如火如荼的 eVTOL——電動垂直起降飛行器。

也許有些 eVTOL 看起來就像是大號的消費級無人機,但是這種航空技術和人工智能結合的產(chan) 物,已經從(cong) 某種程度上改變了人們(men) 與(yu) 航空的關(guan) 係。除了 Joby、Volocopter、億(yi) 航等新興(xing) 企業(ye) ,包括波音、空客和中國商飛在內(nei) 的眾(zhong) 多傳(chuan) 統航空企業(ye) ,也加入了 eVTOL 研發的大潮。無人化、智能化、與(yu) 城市地麵交通的無縫銜接,eVTOL 將開拓出民航業(ye) 的新邊界。

作者:魯坦



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