787梦想客机的(Dreamliner)名字是网上征名投票来的,但是我觉得这个名字特别好。它不仅能表达787所应用技术的先进,还要一层重要的含义,它的定义和先进技术所达到的的高效实现了二线城市跨洲国际航班的梦想。
787项目的由来
不同于汽车工业,几年就有一次型号迭代,新技术投入的周期非常短,在航空工业,这一切的发生都是慢动作。作为一架全新设计(clean sheet)的飞机,波音在787激进地应用了大量革新技术。
其实最初波音提出了一个更为大胆的飞机型号音速巡航者(sonic cruiser),这台长相怪异的客机可以以0.98马赫(也就是贴近音速)巡航,超过现有客机0.9马赫。然而代价是15-20%更多的燃油消耗,对于旅客来说可以更快达到目的地,对于航空公司来说,可以在同样时间内飞更多往返,能卖多几遍机票。
然而911事件后,航空市场和航空工业爆冷。油价上涨,虽然油价上涨通常对于新机市场更有利,但是谁让这玩意油耗比现有机型还高。音速巡航者流产,波音要做一台更高效,油耗更低的飞机,2005年,波音正式授予它波音家族命名,787。
787的技术先进性
787在777的超临界机翼上又进行了改进,其融合式翼尖小翼效率也超过传统鲨鱼鳍小翼,尾翼的气动也应用了更先进的设计。
787的机头气动外形也更为流线,而一个已经存在的机型更新是无法修改机头气动外形的。因为这样做就需要改驾驶舱,从而使得飞行员需要重新培训,为航空公司带来巨量运营成本,不会有人买账。
即使是对飞机毫无sense的人也能从787优雅的外形感受到,貌似这飞机比其它先进那么一丢丢。
787机身机翼应用非常大量的复合材料,比例达到了50%。而这部分生产工作,很多都是在日本完成的,所以日本的航空工业实力非常强,绝不能小看。
碳纤维不同于铝合金,这玩意不导电,在雷击面前脆弱不堪。所以787的碳纤维编织中加入了金属网,来防雷击。此外,787的复合材料中还埋入了光纤以检测机身状况。除了先进的复合材料以外,还增加了钛合金的应用。
GE的GEnX和罗罗Trent1000作为787的发动机选项,这两款都是非常高效先进的发动机,比早了几年的A380配套发动机GP7200和Trent900都要先进一个台阶。
两款发动机外壳还都装了锯齿形喷嘴(chevron nozzle)降低了排气噪音,提高乘坐舒适性。
而787还史无前例的允许飞机随时更换另外型号的发动机,这两款发动机都有相同的标准接口,相互兼容。(发动机就不多写了,航发的内容可以看我其它回答文章)
787的客舱也换上更高效的LED光源,而在乘客角度,它最有辨识度的就是它的窗户了,不光尺寸巨大,还能变色。
不同于其它所有型号窗户有个遮光板,787的玻璃采用了应用电致变色原理的玻璃,可以说非常有科技感了。
但是从航空工程师角度,787最革新的技术还是它更大量电气化设计理念(more electric aircraft)。例如制动系统使用电驱动,而不是以往的液压,机内数据传输则是通过计算机局域网。
而其中最大的亮点在于它的客舱进气不再来自于发动机压气机抽气。
传统喷气式客机的客舱进气都是来自于发动机压气机的抽气,这不可避免的会掺入极少量飞机发动机轴承润滑油蒸汽,这玩意有一定毒性,虽然计量小不太影响,但是能避免也是极好的。飞机例如机翼的除冰也靠发动机抽气,但是787改用电加热了,大幅提高效率。
除了发动机进气口的除冰以外,787没有地方再需要发动机抽气了。避免了抽气引起的发动机效率下降。而客舱进气则是来自于一套复杂的空调系统,这套系统使得客舱气压更高(更接近于地面),配合飞机其它系统设计,湿度也更高,大幅提高乘坐体验。
787应用的先进技术远不止上面提到的,但是光是这些也足够撑起「梦想」这两个字了,但「梦想」还有另外一层含义。
787独特的定位
通常飞跨洲远程航班的飞机是比较大的,载客量比较大,二线小城市的跨洲航线不太容易塞满,航空公司肯定不愿意去开这种航线。
但是787-9(用-9举例子)虽然三级布局仅有260座,但是航程却达到甚至超过了有点丧心病狂的15000公里。而略大的空客A330航程只有11750-13450公里。
座位数少容易塞满,两台发动机维护成本低于四台,而且效率很高,每座油耗并没有因为飞机尺寸小而上升反而低于其它市场现有更大的飞机。这就可以实现二线城市跨洲直飞的梦想,航空公司同样也可以赚到钱。
开辟跨洲航线,不仅是可以提高城市国际形象(为啥国内二线城市对国际航班疯狂补贴?),还能增加国际间的经济往来,跟「要想富,先修路」一个道理。往往这些城市的经济存在不足以支撑大型客机的定期航班。
所以787这么小的宽体机,却有这么大的航程,它的成功不仅是先进技术的支撑,更有它精准的市场定位和顶层设计定义。
技术上再优秀的飞机,顶层设计定义没有符合市场需求,结果也难好,比如空客A380: