民航客机：便捷的“空中巴士”

萧恩

相对于军用运输机，事实上，我们普通人能够接触到的更多的是民航客机。尽管都叫运输机，都是用来运送人或者物品的，但是其实两者的区别还是非常大的。

早期运输机“不分军民”

回顾人类航空历史的早期，飞机并没有军用和民用之分。

第一次世界大战结束后，随着军事需要的剧然减少，飞机才开始应用于民间的邮政及交通运输。不过这些担负和运输任务的飞机，多由军用轰炸机改装而来，仅做一些简单的改装就用于运输邮件、货物和旅客了。

但是采用这种改装后的运输机来进行人员及货物的运输，所面临的最大问题在于无法实现运营的经济性，而随着航空工业的不断发展和被用于国民经济的各部门，飞机便分成了军用和民用两大类。

与此同时，两种类型的运输机的差异性也越来越明显。

简单的说，军用运输机是用于空运兵员、武器装备，并能空投伞兵和军事装备的飞机。这就要求这种飞机具有能在复杂气候条件下飞行和在比较简易的机场上起降的能力。有的还装有用于自卫的武器和电子干扰设备。

图1 美军C-130H军用

除此以外，军用运输机的发动机的输出功率要比客机高得多。这是由于军用飞机要经常出现在战场上，几乎不可能有专门的机场提供起飞，而且还需要搭载很多货物。

而民用运输机，尤其是科技相对于军用运输机要求就很低，更加追求经济性、舒适度和安全性，是用来载人和少量货物。

现代民航客机出现于1933年

图2 波音787宽体客机

在上世纪20年代欧洲在民用飞机的发展处于领先地位，除了英、法、德等国各自发展外，荷兰的福克厂一系列优秀的民用飞机迭创长程飞行记录。

荷兰人安东尼·福克从1919年的4人座单发动机的F.2开始，才开发了一系列纯民用飞机。1925年，福克再度以他的木质福克F.7开创三发动机飞机设计的新潮流。F.7是当时唯一一架有封闭机舱的飞机，能够相对舒适地运送7名乘客。

1926年，位于美国底特律的福特汽车公司推出一种全金属三个发动机的Ford Tri Motor 。该机采用全金属结构，能够容纳15名乘客，共制造了199台，可以满足早期航空公司几乎所有的需求。这款代号为“锡鹅”（Tin Goose）的飞机成为20世纪20年代末至30年代初之间最早的飞机客运服务的支柱。

图3 福特汽车公司推出的Ford Tri Motor“锡鹅”飞机，具有三个全金属发动机

图4 福特“锡鹅”客机内部

1928年，波音公司也生產了非常类似但体型较小的Boeing 80型三发动机双翼机。80型飞机是一架双翼飞机，具有良好的起飞和着陆性能，机身由织物覆盖的钢和铝管结构组成，拥有设施齐全的客舱，可携带12名乘客。

图5 波音公司制造的80A-1飞机

进入30年代后，世界航空发展的优势逐步落到美国。

波音公司以B9为基础开发出一种新型民用飞机，称为B247，它的外形新颖，采用半硬壳机身及可收放式起落架等新技术，可载客10人，性能超过当时所有的民航机，被公认是第一种“现代化”的民航机。该机于1933年2月首飞，3月起投入联合航空公司（UA）营运，在该年的夏天便创造了从美国东海岸到西海岸只需19小时45分钟的速度纪录。

图6 波音274客机

美国的道格拉斯公司则于1933年推出DC1，1934年为了与波音公司的B247抗衡，再推出加长型的14座DC2。由于航空公司反应不错，遂又开发了加宽机身、21人座可带卧铺并有空厨提供热食的DC3，从此掀开了波音和道格拉斯（1967年，麦克唐纳公司与道格拉斯公司合并为麦克唐纳·道格拉斯公司，后来简称为“麦道”公司）两家公司长达数十年的竞争，直到1996年底波音将麦道公司兼并为止。

图7 道格拉斯公司生产的DC3客机

DC3的投入运营，将航空运输变得可以盈利。这是一款革命性的机型，一共生产了13000余架。

30年代的美国，除了波音和道格拉斯公司之外，还有一家洛克希德公司也致力开发新型的民用客机。为满足环球航空公司对增压座舱、不着陆横跨美洲和越洋飞行的要求，洛克希德公司自1939年开始了L049/1049/1649系列「星座式/超级星座式」客机的设计。第一架星座机于1943年1月飞行，它比竞争对手DC3的后继机DC4更大、飞得更快，于1946年初交付给环球航空公司，投入纽约至巴黎之间的大西洋航线。

二战期间发展的道格拉斯DC4/C54是第一种采用前三点式起落架的客机/运输机。为了和星座机竞争，道格拉斯公司还研制了DC4的加长型，86人座的DC6，于1947年4月投入使用，后来又特别为泛美航空的大西洋航线设计了加长型的DC7。

图8 道格拉斯公司生产的DC4客机

波音公司也在B-29“超级空中堡垒”轰炸机的基础上发展成民用型的B377，采用4具R4360型发动机，每个发动机的汽缸高达28个，构造复杂但扭力惊人，是往复式发动机最终极致的发展，不过该机在市场上并不成功。

“彗星”让民用航空走进普通大众

二次大战结束带来民用航空运输的兴旺发达。

1946年，全球空运旅客达1800万人次，其中三分之二是美国国内航空公司运送的。但当时使用的往复式飞机，不仅速度慢，而且因为飞行高度低，飞机易受大气乱流影响，天气不好时多数乘客呕吐不止，十分难受。

与此同时，大战时期因军事需要世界各地兴建的大型机场为战后民航迅速发展创造了良好环境，喷气发动机的出现和投入使用是民航技术另一次跃升，不仅使民航飞机的速度提高，而且使飞行高度跨举到平流层，提升了安全性和舒适性。

1949年的7月27日，英国德·哈维兰飞机公司研发的具有划时代意义的飞机——“彗星”客机成功首飞。

图9 英国德·哈维兰飞机公司研发的“彗星”客机

“彗星”是人类航空史上第一款喷气式客机，外形采用常规布局，但是4台喷气式发动机并未像二战后常见的大型轰炸机与运输机一般采用下挂式发动机，而是独树一帜的将四台喷气式发动机，每两台一组安置在机身两侧的翼根处，使发动机的进气道与排气管嵌入机翼内部，相对而言减小了飞行时的阻力，提升了飞行速度，“彗星”客机使用的是德·哈维兰公司自研的“幽灵”发动机，这是采用离心式压气机设计，单台推力达到2270千克以上。

“彗星”客机在安全性上相比之前的螺旋桨客机有了极大的改善，“彗星”的机身表面包覆了一层0.5厘米厚度的铝制蒙皮，飞行时可飞越气象条件复杂的对流层，进入10000米以上气象环境稳定的同温层，而在飞机的操作系统上，德·哈维兰别出心裁的设计了3套相互独立的液压驱动系统，假设当某一系统发生故障时，飞行员仍可以使用另外两套备用系统保证飞机的正常飞行。

此外，“彗星”作为一款商用用途的飞机，它摒弃了此前邮运飞机仅6座的设计，采用了客舱左右分列9排，每排4座，左右各两座，共计36座的座椅布局。

圖10 “彗星”客机内部

“彗星”的的出现使天空距离民众的生活不再遥远，使远渡重洋不必再耗时漫长数月，可以说正是从“彗星”开始民用航空才算是进入了“寻常百姓家”。

喷气时代的民航客机发展

进入喷气时代，在科技发展的推动下，民航客机在不同阶段呈现出不同的特点。

从气动设计上看，以“彗星”为代表的第一代喷气式客机采用了大展弦比后掠翼，层流平顶翼型，机翼前后缘往往带有大面积襟翼。发动机一般安装在机身外，为降低发动机与机翼气流的干扰，发动机的安装位置往往十分重要，波音-707和DC-8采用了后来成为大型客机标准模式的翼吊发动机短舱形式。由于广泛采用涡轮喷气式发动机，第一代喷气式客机油耗高、噪声大。其巡航速度较高，机翼升阻比特性较好。

图11 波音707客机

第二代喷气式客机是20世纪60年代投入使用的，代表机型包括美国波音的727、737和道格拉斯DC-9;英国原德·哈维兰公司的三叉戟;苏联的图-154等。主要技术特点是采用新的翼型和低涵道比涡轮风扇发动机，降低了耗油率，提高了经济性。

图12 英国德·哈维兰公司的三叉戟（trident）

在气动设计上基本确立了悬臂式下单翼布局，注重低阻力亚声速翼型的研究和使用，采用尖峰翼型;注重各器件气动干扰，襟翼等增升装置多采用多段式开缝翼，同时为了整机减重，复合材料开始大量使用。目前，第二代客机的改型仍是世界范围内中短程航线上的主力机型。

第三代喷气式客机于20世纪70年代投入使用，代表机型包括美国的波音-747、道格拉斯DC-10;欧洲空中客车公司的A300和苏联的伊尔-86等。第三代喷气式客机是针对世界客运量的飞速增长而研制的宽体客机，机身直径可达6米左右，是第二代客机的1.5倍，起飞质量最大可达300吨以上，载客量可达400人以上。

第三代喷气式客机动力装置开始采用推力更大、耗油率更低的高涵道比涡扇式发动机，噪声和振动水平大大降低。乘客的舒适性和航空公司的收益因此大大改善。

第四代喷气式客机研制始于20世纪70年代，80年代投入使用。当时国际上出现了石油危机，因而这一代飞机特别强调降低运营成本，提高经济性。主要有波音757和波音767、欧洲空客的A310、A320和苏联的伊尔-96、图-204等。

图13 空中客车推出的A300客机

图14 苏联的伊尔-96客机

第四代喷气式客机属于半宽体机，强调的是进一步改善经济性，载客量一般是200人左右，主要用于中短程航线。在发动机上采用了更先进的高涵道比涡扇发動机，耗油率有所降低，发动机安装台数普遍改为两台。在气动设计上，除了精心设计机翼形状、襟翼装置外，最大的特点是采用了超临界翼型，另外安装翼梢小翼也成了新型第四代客机的特点。同时，随着技术的进步，采用了先进的电子系统，包括安装电传操纵系统，改善了驾驶性。

第五代喷气式客机于20世纪90年代投入使用，主要型号有美国波音777、空客A330、A340和俄罗斯的图-96等。

这一代飞机在设计上除增加载客量、提高适应性外，继续探索降低油耗，提高经济性。采用的技术措施有：安装耗油率更低、排污更小、噪声更低、涵道比更高、推力更大、维护性更好的涡扇发动机;加大复合材料的用量;进一步加大展弦比或加装翼梢小翼提高气动效率，采用超临界翼型或高效亚声速翼型。

进入新世纪，波音和空客的竞争依旧白热化。2009年12月15日，波音公司推出的全新型号波音787，这是一款航空史上首架超远程中型客机，它变体机型中典型的三层座位设计能容纳242至335名乘客。波音787的最大特点是大量采用先进复合材料建造飞机骨架、超低燃料消耗、较低的污染排放、高效益及舒适的客舱环境。

图15 空客A340客机

作为老对手，空客公司对应开发了双发远程宽体客机A350。这款宽体飞机应用了最新的空气动力学成果、最先进的设计和技术，机身全部采用碳纤维复合材料制造，机体结构重量更轻，与波音777相比，燃油效率提高了25%。进一步减少了油耗，同时更易于维护。

如今，除了第一代喷气式客机之外，第二代、第三代、第四代和第五代同时都在使用，他们各自在远近不同、繁忙程度不同的航线上发挥着作用。而航空科技的脚步并未停止，未来也必将会出现更舒适、更快速、更安全的民航客机。

图16 波音公司推出的787宽体客机

图17 空客公司推出的A350宽体客机