空客A350和波音787的對比研究

胡挺 王曉春 任盈盈

摘 ?要：根據波音公司和空中客車公司對未來二十年航空市場的預測報告，超寬體中型客機需求旺盛。文章選取波音公司787和空中客車公司A350中型客機，從性能參數，結構設計，氣動設計，舒適性等方面進行比較，總結了兩種型號飛機的采用的先進技術，為客戶購買提供參考。

關鍵詞：空客A350;波音787;比較

中圖分類號：TKl24 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0054-03

1 ?波音公司和空中客車公司對未來航空市場的預測

2015年6月11日，波音發布的年度《當前市場展望》報告預測全世界未來20年將需要價值5.6萬億美元的38 050架新飛機，世界民航機隊規模將翻番，從2014年的21 600架增加到2034年的43 560架。在此期間交付的38 050架新飛機中58%是為了滿足增長需求。截至預測期結束，乘機旅客總量將達到70億人次。航空貨運量將年均增長約4.7%。航空客運量將保持4.9%的年均增長率，接近5%的歷史最高水平。波音預測寬體飛機市場將需要8 830架新飛機，其中以787-8和787-9夢想飛機為代表的200-300座機型為主。2015年的預測反映了需求繼續從超大型飛機向以787和777X為代表的高效新型雙發機型轉移的趨勢。

波音同時預測，20年后全球機隊規模將達到35 800架。目前全球機隊規模為19 000架，這意味著飛機數量每年將增加3.2%，與預計的經濟增速一樣[1]。

2007年底支線飛機是3 160架，單通道飛機是11 450架，雙通道飛機是3 480架，747及更大飛機是910架;未來20年交付支線飛機是2 510架，交付金額是800億美元;交付單通道飛機是19 160架，交付金額是13 600億美元;交付雙通道飛機是6 750架，交付金額是14 700億美元;747及更大飛機是980架，交付金額是2 900億美元;預計到2027年底，支線飛機數為2 630架，單通道飛機為23 540架，雙通道飛機為8290架，747及更大飛機為1 340架。

歐洲航空巨頭空中客車公司2014年9月25日發布全球航空市場預測[2]，未來20年全球新增寬體客貨飛機需求約9 300架，總價值約2.5萬億美元。其中，250-400座的雙通道寬體飛機需求約7 800架，用于執飛最繁忙航線的400座以上超大型寬體飛機需求約1 500架。空客預測稱，鑒于亞太地區增長速度超過平均水平以及人口高度集中，約50%的寬體客機將交付亞太地區運營商。

在航空業界內部素有“得中型機者得天下”的說法，所以波音公司和空中客車公司都陸續推出寬體中型客機。

2 ?A350XWB和波音787基本參數及定購量比較

A350XWB系列客機主要包括有三種基本機型：最大起飛總重為245 t270座的A350-800，最大起飛總重為265 t314座的A350-900和最大起飛總重為290 t350座的A350-1000，三款飛機具有同樣的8 500 nm /15 700 km的航程。波音787系列也有三種機型，242座的波音787-9、280座的波音787-8和345座的波音787-3，這三款飛機的航程分別為7 900 nm /14 600 km、8 500 nm /15 700 km和7 700 nm /14 200 km。截至2007年底，波音787的訂購量，見表1，A350的定購量，見表2。A350XWB與波音787的性能比較，見表3，A350XWB-900與波音787-9的性能比較，見表4。

3 ?結構設計比較

3.1 ?A350的結構設計

A350XWB 4塊復合材料壁板+金屬框架示意圖，如圖1所示。

在機身結構選材上，A350采用A380的“混雜結構”原則，即在不同部位采用不同材料。在A350上，CFRP（carbon fiber reinforced polymer）用在了包括機翼、機身、垂尾、襟翼、水平尾翼、后承壓隔框、龍骨、中央機翼翼盒和機翼外翼盒等大量主結構上。60%的主結構采用了先進材料，其中復合材料占37%，鈦合金占9%，鋁鋰合金占23%，鋁合金占11%，鋼材料占14%，其他材料占6%。新材料的使用使飛機的重量減少了8 t以上。A350的機身蒙皮、桁條、橫梁和座椅滑軌均采用鋁鋰合金，在A350機身上采用的鋁鋰合金的牌號為2198-8X。

第三代鋁鋰合金的鋰含量不到2%，主要特點為：有更高的強度、更高的斷裂韌性、更好的抗腐蝕性能、更優化的制造工藝，以及可以節省更多的重量（整個機身的重量減輕了約700千克）。A350上采用了許多新工藝，比如：飛機前機身和后機身下壁板的蒙皮與桁條采用激光焊;飛機的前機身和后機身縱向壁板的連接采用攪動摩擦焊等。

3.2 ?787的結構設計

在材料使用方面，波音787采用了61%的碳纖維復合材料，20%的鋁，11%的鈦，8%的鋼，如圖2所示。按體積，波音787全機80%采用復合材料。波音787擁有多項技術創新，波音78飛機是第一款以碳纖維復合材料為主的民用噴氣式客機。碳纖維復合材料有以下幾個優點：

一方面碳纖維復合材料不能隱藏損傷問題，用多種方法可以較快的發現損傷;

另一方面，用碳纖維復合材料制造的機身比較輕，這使得波音787更節省燃油，速度更快，燃油更省，更具環保，定檢時間間隔更長，C檢只需3年進行一次。

4 ? 氣動設計比較

4.1 ?A350氣動設計

A350XWB的設計中，空客采用納維-斯托克斯密集的和快速迭代的計算機流體動力學軟件建立整個飛機CFD模型，完成了4 000 h的風洞試驗（其中3/4為低速試驗）。據A350項目總工程師McConnell說，計算結果和風洞試驗結果的符合情況很好。A350采用了一種新式的后緣高升力系統--先進凹鉸鏈襟翼（advanced dropped hinge flap），可用來使擾流板和襟翼偏轉以控制后緣和襟翼間的間隙。該系統可改善巡航性能，可用于實現機翼變彎度和載荷減輕（load alleviation）。同時A350XWB采用機翼、襟翼導軌整流罩和翼梢小翼的一體化設計，同時通過安裝在機翼上的大的發動機短艙的設計，消除了干擾阻力，通過詳細設計機翼-機身交接區的過渡整流罩，減少了機翼和機身之間的干擾阻力。

同時采用順氣流襟翼偏轉設計以減小阻力，并用7擾流片設計替代了此前的6片設計。A350還沿用了如A380的內段機翼縫翼前緣下垂設計，使低速阻力減少了3%，并通過新設計的飛機尾部，提高了飛機的飛行效率，全面改善了低速大迎角性能。

4.2 ?787氣動設計

波音787的機翼設計延續了波音737NG（Next Generation）和波音777的超臨界機翼設計。超臨界機翼不僅可以在高次音速時有較好的氣動力效率，而且還可以減少燃料的消耗并增加飛機的性能。除了機翼采用超臨界機翼之外，波音787還采用了流線機鼻、鯊魚鰭式翼尖小翼與尾翼，這些設計約估計可增加5%的氣動力效率，對節約燃油非常有幫助，飛機每年的油耗最多可減少30 000加侖。

波音787設計中的先進空氣動力學技術還包括放襟翼時下垂的擾流板和層流型短艙、平滑機翼技術。這些技術進步能降低阻力、提高效率、減少油耗和增大巡航速度，波音787的遠程巡航速度能達到0.85馬赫。巡航中后緣裝置可變曲度控制這一技術可以在巡航中優化機翼的形態，在巡航飛行中，機翼后緣上下調節并可以持續優化翼型和效率。波音787還采用了簡單的樞軸后緣襟翼，其襟翼導軌整流罩比傳統飛機的要小得多，因此波音787獲得了降低油耗與成本的、高效的升阻比性能。此外，簡單的樞軸后緣需要更少的零部件，使得維修變得簡單，但性能卻絲毫不受影響。

5 ?舒適度比較

一般客機客艙內壓力保持在2 400 m高度水平，高壓氧艙試驗證明，置身于6 000 英尺/1 800 m以下高度水平的乘客頭疼情況減少、疲勞感減輕。而A350XWB客艙的壓力始終保持在 ? ? 6 000英尺/1 800 m或以下高度水平，客艙濕度保持在20%的水平，客艙的空氣分布通過氣流管理系統可以對氣流根據乘客的多少進行調節，利用艙頂壁板和側壁氣流出口可以保持氣流均勻，空氣循環中沒有廢氣。A350超寬體客艙將是目前客機中最安靜的。

波音787飛機客艙最高壓力高度為6 000英尺。在整個飛行旅程中，波音787客艙的空氣濕度更高，且與載客量多少無關，有助于緩解干澀癥狀。在以往的金屬機身的飛機中，隨著濕度的增加，飛機會更易腐蝕，但波音787的機身材料大部分為復合材料，增加濕度不會對機身造成腐蝕。波音787還將B2轟炸機發展過來的陣風補償系統運用到飛機上，使得飛機的飛行平穩度和舒適性進一步改善。

客艙尺寸方面，A350XWB的客艙的整體尺寸都要比波音787更寬：例如在扶手的高度上，A350截面的寬度218 in/554 cm，波音787截面的寬度是的215 in/546 cm，A350比波音787要寬 ? ? ?3 in/8 cm;在人眼睛高度上，A350截面的寬度為211 in/536 cm，波音787的截面寬度為206 in/523 cm，A350比波音787要寬 ? ? ? ? ? ?5 in/13 cm;波音787的經濟艙走道寬55 cm，經濟艙座椅寬47 cm。A350有兩種布局，一種布局的座椅寬度17.5 ?in/44.5 cm，另一種布局座椅寬度19.25 in/48.9 cm。

6 ?總 ?結

經過對波音787和空客A350各型號飛機的結構設計、氣動設計、舒適性等方面比較，兩種飛機各有優勢，性能不相上下;A350XWB盡管采用了52%的復合材料，但A350WXB的機身不是全復合材料的，只有蒙皮采用復合材料，框架依然是鋁制的，空客認為復合材料在飛機上的使用量并不是越多越好，空中客車公司對飛機復合材料在空中遭到閃電擊中后的導電造成的災難性后果等問題的有所考慮，而波音公司恰恰在復合材料雷擊問題上被FAA（美國聯邦航空局）提出質疑。由于A350飛機沒有正式投入運行，波音787和A350的經濟性等無法比較。

參考文獻：

[1] 段維祥，郝勁松.飛機系統[M].成都：西南交通大學出版社，2000.

[2] 陳支農.波音、空客兩強決戰亞太市場[J].交通與運輸，2005，（12）.

[3] 趙秀麗.空客“A350”叫板“波音7E7”[J].國際航空，2005，（1）.