“夢想之翼”波音787

康琳

材料更耐用

人們驚奇地發現，波音787主翼優雅地上翹，而傳統機型只有在飛行過程中主翼才向上彎曲。波音787是由什么材料制成的呢？以前，用于飛機機身結構的材料，絕大部分是鋁合金。例如，在此前波音767中，鋁合金材料的比例約為80%。然而，對波音787而言，其機身結構的一半左右使用的是更輕、更堅固的碳纖維合成材料，鋁合金材料僅占機身材料的20%。而且，機身系統的動力實現了“電氣化”，擁有多項技術發明和創新。

波音787使用了約32噸的碳纖維合成材料，正是因為使用了碳纖維，所以波音787的主翼才能達到前所未有的彎度。機身材料是用直徑幾微米的碳纖維多層重疊，再浸泡黏合劑后加壓燒制固定而成。此前，碳纖維已被用來制造飛機尾翼的某些部分，而波音787的主翼和機身等主體結構也大量采用了碳纖維，成為第一款以碳纖維為主體材料的民用客機。碳纖維的優點很多，它能使機身更輕、更抗腐蝕、更堅固耐用。波音787的重量大幅減輕，僅僅因為碳纖維重量輕嗎？也不盡然。其實，“一體成型技術”也是功不可沒。此前，金屬機身一般由多塊長方形金屬板構成，需要成千上萬個鉚釘來固定。而波音787使用了一體成型技術后，能夠把機身的管狀截面作為一個整體部件直接制造出來。這樣的話，部件大大減少，而需要用緊固件（鉚釘等）進行聯接的地方就更少，由此緊固件數量整整減少了80%。因此，飛機重量大為減輕，運行成本也隨之大幅下降。

發動機更高效

波音787對降低燃料消耗貢獻巨大，大幅度提高了發動機效率。大多數大中型飛機都裝有“渦輪風扇發動機”（簡稱渦扇發動機）。一般的噴氣式發動機是將壓縮空氣和燃油混合燃燒，向后高速排出燃氣，從而產生反向推力。如果燃氣排出速度過高的話，動能損失也將增大，熱效率就會降低。波音787則是通過增加低速的排氣流量，獲得更高的推進效率。為了獲得更高的推進效率，渦輪風扇發動機除了從中央噴出高溫燃氣之外，還通過風扇轉動，在周圍形成相對低速的大量氣流。風扇吸入的空氣分成兩部分，其中中央附近的空氣流（內涵道氣流）經壓縮機、燃燒室及渦輪，然后向后噴出，產生巨大反向推力。其余的空氣（外涵道氣流）則流過風扇，流向中央內涵道氣流的外圍。因為在高速的排氣氣流周圍流動著大量的外涵道氣流，所以飛機能更有效地獲得推力。空氣每流過一次，壓力都會增大。空氣壓力越大，發動機的效率也就越高。流經周圍（外涵道）和中央（內涵道）的空氣流量之比，稱為涵道比。涵道比越大（流經周圍的氣流越多），發動機效率越高。波音公司2007年投入使用的發動機涵道比為8.5，而現在采用新一代發動機技術的波音787涵道比則為11.0，增幅非常顯著。

另外，除了大幅度提高了涵道比之外，波音787還改進了風扇形狀及燃燒室的材料，從而提高了發動機本身的燃燒效率。通過這些創新技術，波音787比其他同類機型節省了20%的燃料。波音787還有可圈可點的地方，傳統機型為了防止主翼結冰或啟動空調等等，會使用發動機排出高溫高壓的空氣，來帶動各種系統運轉。然而，波音787卻幾乎不使用高壓空氣，其主要動力來源為電力，因此是“電氣化”了的飛機。這是一個巨大的轉變。排出高壓氣流會降低發動機的效率，而波音787不需要發動機排出高壓氣流，這正是電動系統的優點。雖然保證電動系統正常運轉的電力說到底也是由發動機提供的，而這也會降低發動機的效率，但比起排出高壓氣流來說，降低的程度要少得多。

乘坐更舒適

現在，大多數客機升空后都采用自動駕駛，按照預先設定的航線自動飛行。波音787利用計算機設計出最佳的機翼動作，能夠更節能、更平穩地飛行，并且更精準地進行自動控制。例如，當小鳥誤入發動機導致一側發動機出現故障時，駕駛傳統機型的飛行員必須采取各種緊急措施，才能保持飛機繼續平穩安全地飛行。但是，當波音787碰到這種情況時，計算機會自動調控機翼動作來保持飛機的正常飛行。當飛機遇到顛簸氣流時，這一功能也會很好地派上用場。與以前的機型相比，波音787更加平穩，減輕顛簸，乘坐起來也更舒適。

對乘客來說，波音787營造出了更加宜人的客艙環境，提高了乘客的舒適度。一般來說，空氣濕度越高，機身材料越容易被腐蝕，因此客艙內的濕度通常只有百分之幾。但是，用碳纖維制成的波音787根本不必擔心腐蝕問題，因為這些材料不會隨濕度的增加而受到腐蝕，所以波音787的空調系統中增加了加濕器功能，將濕度提高到百分之十幾，讓人體感覺更舒適，這樣就可以減少乘客在長時間飛行時的喉嚨干渴、皮膚干燥等不適現象。

此外，客艙內的氣壓也有很大改善。通常，氣壓會隨著高度上升而降低。傳統機型的客艙氣壓相當于8 000英尺（約2 400米）高度的氣壓（約0.75個大氣壓），而波音787的客艙氣壓提高到了6 000 英尺（約1 800米）高度的氣壓（約0.8個大氣壓），更接近于地面氣壓（1個大氣壓），這樣能讓乘客的血液多吸收8%的氧氣，從而減少頭疼與頭昏，疲勞感減輕。由于客艙內氣壓升高，內外氣壓差變小，所以機身受力更大，這就要求機身材料的強度更高，而碳纖維正好滿足這個要求。由于氣壓變化，一般飛機起飛和著陸時我們常常會感到耳朵疼痛，并且嗡嗡作響，耳鳴不止。新型波音787則極大地緩解了這一問題。未來，波音787給乘客帶來的是更舒適、更安全的空中之旅。

波音787因其環保、續航能力強和應用新技術最多，目前是全球航空界最受矚目的明星機型之一。而尤其我們應該關注的是，這款夢想飛機的方向舵、翼身整流罩面板以及垂直尾翼前緣均是“中國制造”，值得鼓舞的是成飛、哈飛、沈飛分別是上述部件的唯一供應商。