“梦想之翼”波音787

2013-04-29 00:44康琳
科学大众(中学) 2013年9期
关键词:客舱波音机型

康琳

材料更耐用

人们惊奇地发现,波音787主翼优雅地上翘,而传统机型只有在飞行过程中主翼才向上弯曲。波音787是由什么材料制成的呢?以前,用于飞机机身结构的材料,绝大部分是铝合金。例如,在此前波音767中,铝合金材料的比例约为80%。然而,对波音787而言,其机身结构的一半左右使用的是更轻、更坚固的碳纤维合成材料,铝合金材料仅占机身材料的20%。而且,机身系统的动力实现了“电气化”,拥有多项技术发明和创新。

波音787使用了约32吨的碳纤维合成材料,正是因为使用了碳纤维,所以波音787的主翼才能达到前所未有的弯度。机身材料是用直径几微米的碳纤维多层重叠,再浸泡黏合剂后加压烧制固定而成。此前,碳纤维已被用来制造飞机尾翼的某些部分,而波音787的主翼和机身等主体结构也大量采用了碳纤维,成为第一款以碳纤维为主体材料的民用客机。碳纤维的优点很多,它能使机身更轻、更抗腐蚀、更坚固耐用。波音787的重量大幅减轻,仅仅因为碳纤维重量轻吗?也不尽然。其实,“一体成型技术”也是功不可没。此前,金属机身一般由多块长方形金属板构成,需要成千上万个铆钉来固定。而波音787使用了一体成型技术后,能够把机身的管状截面作为一个整体部件直接制造出来。这样的话,部件大大减少,而需要用紧固件(铆钉等)进行联接的地方就更少,由此紧固件数量整整减少了80%。因此,飞机重量大为减轻,运行成本也随之大幅下降。

发动机更高效

波音787对降低燃料消耗贡献巨大,大幅度提高了发动机效率。大多数大中型飞机都装有“涡轮风扇发动机”(简称涡扇发动机)。一般的喷气式发动机是将压缩空气和燃油混合燃烧,向后高速排出燃气,从而产生反向推力。如果燃气排出速度过高的话,动能损失也将增大,热效率就会降低。波音787则是通过增加低速的排气流量,获得更高的推进效率。为了获得更高的推进效率,涡轮风扇发动机除了从中央喷出高温燃气之外,还通过风扇转动,在周围形成相对低速的大量气流。风扇吸入的空气分成两部分,其中中央附近的空气流(内涵道气流)经压缩机、燃烧室及涡轮,然后向后喷出,产生巨大反向推力。其余的空气(外涵道气流)则流过风扇,流向中央内涵道气流的外围。因为在高速的排气气流周围流动着大量的外涵道气流,所以飞机能更有效地获得推力。空气每流过一次,压力都会增大。空气压力越大,发动机的效率也就越高。流经周围(外涵道)和中央(内涵道)的空气流量之比,称为涵道比。涵道比越大(流经周围的气流越多),发动机效率越高。波音公司2007年投入使用的发动机涵道比为8.5,而现在采用新一代发动机技术的波音787涵道比则为11.0,增幅非常显著。

另外,除了大幅度提高了涵道比之外,波音787还改进了风扇形状及燃烧室的材料,从而提高了发动机本身的燃烧效率。通过这些创新技术,波音787比其他同类机型节省了20%的燃料。波音787还有可圈可点的地方,传统机型为了防止主翼结冰或启动空调等等,会使用发动机排出高温高压的空气,来带动各种系统运转。然而,波音787却几乎不使用高压空气,其主要动力来源为电力,因此是“电气化”了的飞机。这是一个巨大的转变。排出高压气流会降低发动机的效率,而波音787不需要发动机排出高压气流,这正是电动系统的优点。虽然保证电动系统正常运转的电力说到底也是由发动机提供的,而这也会降低发动机的效率,但比起排出高压气流来说,降低的程度要少得多。

乘坐更舒适

现在,大多数客机升空后都采用自动驾驶,按照预先设定的航线自动飞行。波音787利用计算机设计出最佳的机翼动作,能够更节能、更平稳地飞行,并且更精准地进行自动控制。例如,当小鸟误入发动机导致一侧发动机出现故障时,驾驶传统机型的飞行员必须采取各种紧急措施,才能保持飞机继续平稳安全地飞行。但是,当波音787碰到这种情况时,计算机会自动调控机翼动作来保持飞机的正常飞行。当飞机遇到颠簸气流时,这一功能也会很好地派上用场。与以前的机型相比,波音787更加平稳,减轻颠簸,乘坐起来也更舒适。

对乘客来说,波音787营造出了更加宜人的客舱环境,提高了乘客的舒适度。一般来说,空气湿度越高,机身材料越容易被腐蚀,因此客舱内的湿度通常只有百分之几。但是,用碳纤维制成的波音787根本不必担心腐蚀问题,因为这些材料不会随湿度的增加而受到腐蚀,所以波音787的空调系统中增加了加湿器功能,将湿度提高到百分之十几,让人体感觉更舒适,这样就可以减少乘客在长时间飞行时的喉咙干渴、皮肤干燥等不适现象。

此外,客舱内的气压也有很大改善。通常,气压会随着高度上升而降低。传统机型的客舱气压相当于8 000英尺(约2 400米)高度的气压(约0.75个大气压),而波音787的客舱气压提高到了6 000 英尺(约1 800米)高度的气压(约0.8个大气压),更接近于地面气压(1个大气压),这样能让乘客的血液多吸收8%的氧气,从而减少头疼与头昏,疲劳感减轻。由于客舱内气压升高,内外气压差变小,所以机身受力更大,这就要求机身材料的强度更高,而碳纤维正好满足这个要求。由于气压变化,一般飞机起飞和着陆时我们常常会感到耳朵疼痛,并且嗡嗡作响,耳鸣不止。新型波音787则极大地缓解了这一问题。未来,波音787给乘客带来的是更舒适、更安全的空中之旅。

波音787因其环保、续航能力强和应用新技术最多,目前是全球航空界最受瞩目的明星机型之一。而尤其我们应该关注的是,这款梦想飞机的方向舵、翼身整流罩面板以及垂直尾翼前缘均是“中国制造”,值得鼓舞的是成飞、哈飞、沈飞分别是上述部件的唯一供应商。

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