波音的“環保工程”

陳培儒

綠色環保如今已經成為航空業津津樂道的話題。今年6月，波音攜手阿拉斯加航空宣布，雙方將在波音最新的“環保驗證機”（ecoDemonstrator）項目上開展合作，在一架全新的737-9飛機上進行20項技術的飛行測試。

一直以來，波音十分重視“環保驗證機”項目的發展。盡管受到新冠肺炎疫情和737MAX事件的雙重影響，但過去兩年，波音從未停止為該項目提供資金和技術支持，該項目對于波音的重要性不言而喻。

靜音技術項目

作為行業領軍企業，一直以來波音十分重視綠色環保技術在商用飛機上的應用。在“環保驗證機”項目之前，波音早在2001年就提出了“波音靜音技術項目”（QTD）。

在大多數情況下，飛機噪聲是某種形式的氣流偏轉失真或湍流。在地面上聽到的噪聲，是由發動機噪聲和機身噪聲組成的。在起飛過程中，發動機噪聲是主要噪聲，而機身噪聲是次要噪聲。在起飛時，起落架收上、襟翼偏轉角度小，是機身噪聲較小的原因之一。在飛機著陸過程中，發動機噪聲和機身噪聲都較大，但在當前大多數飛機中，發動機噪聲仍然稍大于機身噪聲。為了選擇和開發減噪技術，工程師對不同的噪聲源進行了分類，分別是發動機噪聲和機身噪聲兩大類，而前者又包括噴流噪聲、風扇噪聲、渦輪噪聲、壓氣機噪聲及圓鋸式噪聲;后者主要包括機翼噪聲和起落架噪聲。2001年，波音啟動靜音技術驗證機項目就是旨在減少飛行中的噪聲。

第一個QTD項目，是波音與羅羅公司的聯合項目。該項目借用了美國航空的一架777飛機。之后，波音又成功地推出了2號靜音技術驗證機（QTD2）。這一后續項目進一步驗證了波音更多的先進減噪理念。通過與古德里奇公司、GE航空和美國國家航空航天局（NASA）等幾大業界合作伙伴共同努力，波音圓滿地完成了QTD2項目。在該項目中，全日空航空公司提供了一架777飛機，用于QTD2項目的一系列飛行測試。QTD2驗證機測試了多項減噪技術，如發動機尾噴管的鋸齒邊、發動機進氣口的吸音處理及起落架減噪功能。測試項目設計用于驗證各項減噪技術，以為機場周圍的居民以及乘客和機組人員提供更安靜的環境。

波音靜音技術計劃在2001年～2005年實施，該計劃中的多項技術之后被成功應用到了787等一系列新機型的研發中。在該項目獲得成功之后，2011年，波音與美國航空公司、美國聯邦航空局（FAA）合作，正式啟動“環保驗證機”計劃。

一代代“環保驗證機”

作為企業、行業與政府三方共同合作的項目，波音環保驗證機項目采用客運和貨運飛機為驗證平臺，評估與安全性和效率相關的飛機新技術。與早期的靜音技術計劃主要針對降低飛機噪音不同，環保驗證機項目關注的范圍更廣，該計劃的目標是瞄準整個航空生態系統的進步，對可提高效率、降低噪聲、改善飛行體驗的各項新技術進行驗證、改進和應用，促進商用飛機制造商和航空公司進一步提高運營效率、降低油耗、減少燃油排放和噪聲。

自2012年環保驗證機項目啟動以來，該項目已經在7架飛機上進行了近200項新技術的測試和評估。這些技術涵蓋安全性、新型座椅、智能廚房、降噪節能等多個領域，其中很多已經被波音或其他合作伙伴轉換為現實成果，投入航線運營。

波音第一代環保驗證機項目是2012年在美國航空公司一架737-800飛機上進行的，共完成了14個測試項目。第一代驗證機項目最顯著的成績就是后來被應用到737MAX飛機上的先進技術小翼的空氣動力學性能。此外，包括可優化發動機效率的可變面積風扇噴嘴、可用于飛機電力的可再生氫燃料電池、可持續航空燃料、主動發動機振動控制等技術的研發都在第一代驗證機項目中得到了很好的驗證。

2014年，波音在自家787-8飛機上進行了35個測試項目，這也是第二代環保驗證機項目。在這一代環保驗證機上，波音首次使用了可再生柴油進行飛行。波音還與NASA合作，嘗試了ASTAR系統微調，該技術有助于在進場期間實現飛機之間的精準間距控制。與此同時，在這一代驗證機項目上，波音又嘗試了一些新的可提高燃油效率和降低噪音的創新技術。

2015年，第三代環保驗證機在Stifel飛機公司的一架757飛機上進行并完成了20個測試項目。這次，波音再次與NASA合作研發主動氣流控制系統，以期改善方向舵上方的氣流。同時這一次，波音還在這架757飛機上嘗試用太陽能和熱能來驅動電子舷窗，從而達到減少布線、為飛機減重的目標。

2016年，波音在巴航工業E170飛機上開展了第四代環保驗證機項目的測試，這也是波音迄今為止最小的一款環保驗證機。在這架驗證機上，波音共完成了6個測試項目，其中源自巴西的甘蔗被選作了可持續航空燃料。

2018年，第五代環保驗證機從客機變成了貨機。這一次波音選擇了聯邦快遞公司的一架777F貨機為平臺進行了37個測試項目，并在多個航班中使用了100%的可持續航空燃料。在這架環保驗證機上，波音還測試了地面作業碰撞感知系統，利用飛機上的雷達和光學傳感器來探測其他物體。同時波音還與合作伙伴一起制造副產品作為高價值材料再利用，用于制造替代鈦合金（Ti64）的配件。

2019年，波音利用其自有的777飛機為第六代環保驗證機完成了53個測試項目，這也是迄今為止波音在一個項目中完成最多的測試。在第六代環保驗證機項目中，波音取得了不俗的成績。如與NASA合作開發的記憶鈦合金可以使渦流發生器根據溫度而變化;開發的電子飛行包應用程序在特定的天氣下可以自動調整飛行航線;配備傳感器的廚房可以幫助航空公司更好地管理餐飲庫存等。

2020年，盡管新冠肺炎疫情對行業造成了巨大的沖擊，但是波音并沒有暫停第七代環保驗證機項目的推進，其與阿提哈德航空合作，在一架787-10飛機上完成了9個測試項目。針對疫情后對環境安全的更高要求，在該項目中，測試了便攜式紫外線棒，可對高接觸和難以清潔的表面（如駕駛艙控制面板）進行消毒。在減噪方面，該項目的合作伙伴賽峰對起落架進行了改裝。同時，波音還與NASA合作對下一代商用飛機的氣動聲學進行了全面的研究。

投資可持續發展

波音環保驗證機項目啟動至今已近10年，如今該項目對于波音來說不僅是新技術的試驗臺，同時也是波音致力于綠色發展的象征。對此，波音相關負責人曾對媒體表示，盡管近兩年來國際航空運輸市場環境和波音自身都面臨著巨大的壓力，但環保驗證機項目團隊的工作從未停止。波音認為，未來綠色、可持續發展既是潛在的競爭優勢，同時也會是進入市場的必要條件。因此，在波音看來，環保驗證機項目的主要作用就是要持續評估近期和中期技術，以支持更廣泛的可持續發展。

2021年，波音與阿拉斯加航空合作的環保驗證機項目是公司的第八代環保驗證機項目，同時也是首個使用737MAX機型進行的驗證項目。該驗證機已于今年6月29日完成首飛，計劃進行20項技術的測試，試驗將持續到12月2日，這也是波音環保驗證機項目持續時間最長的一次。所有測試完成后，波音將會把這架飛機恢復至客運構型并正式交付給阿拉斯加航空投入航線運營。根據《航空周刊》的報道，在這架驗證機計劃完成的20項驗證測試中，有5項試驗值得關注。

一是測試一種可以顯著降低對臭氧層影響的新型飛機滅火劑——三氟碘甲烷（CF3I），用于替代已經停產的哈龍（Halon）1301產品。目前，全球監管機構已經禁止哈龍公司滅火劑的生產，國際民航組織明確了2024年為哈龍公司滅火劑的最后使用期限。為此，在此次的環保驗證機項目中，波音正與美吉特（Meggitt）公司合作為未來飛機可應用CF3I進行相關測試。

二是與美國國家海洋和大氣管理局合作測量大氣中的溫室氣體水平，以支持該機構的氣候建模和長期預測活動。環保驗證機測試側重于最佳空氣采用策略，以最大限度地降低設備安裝成本和對飛機運行的影響，同時最大可能地提高測量質量。

三是評估降低現有發動機噪聲，并探索在新一代發動機上使用短艙降噪襯層的可能性。波音對阿拉斯加航空這架737MAX飛機的右側發動機短艙進行了改裝，在反推裝置上采用了先進降噪襯層和其他處理方法，這些改進將幫助應對新一代超大涵道比發動機和緊湊型短艙的不同噪聲足跡。在驗證飛行中，這架飛機將在蒙大拿州比較復雜的地形上進行飛行，以測試噪聲情況，評估這種新設計對降低噪聲的貢獻。

四是在所有新測試技術中，波音的研發人員還計劃將碳纖維廢料轉化為客艙內飾側板。波音計劃回收777X機翼生產中的碳纖維復合材料，用于制造客艙側壁。這種耐用、輕質的材料將可以降低油耗和客艙排放，并支持波音可持續制造的目標。在制造和測試并行的同時，飛機測試將以面板的聲學特性為中心。盡管波音已將所有碳纖維回收，但這次試飛將標志著回收材料首次進入飛機供應鏈。

五是測試可持續燃料的使用情況。2018年波音在聯邦快遞的一架777F環保驗證機上創造了民用飛機首次使用100%可持續燃料飛行紀錄。在今年的環保驗證機項目上，波音將測試摻混了可持續航空燃料的化石燃油在飛機上的使用情況。測試所使用的可持續燃料是World Energy公司通過農業垃圾和廢物提煉出來的。混合燃料中的可持續燃料可以降低燃料壽命周期內超過75%的碳排放。目前波音公司還計劃與監管機構和業界各方合作，提升目前50%的摻混比例限制來拓展可持續航空燃料的使用。今年1月，波音承諾，其商用飛機將在2030年前獲得使用100%的可持續航空燃料進行飛行的能力。

截至目前，波音環保驗證機項目已經驗證的技術數量已近200項，其中前幾代環保驗證機項目所取得的成果中，有不少已經在航空公司得以應用。如波音目前已經可以向飛行員提供實時天氣和其他數據的iPad應用程序，能夠改進燃油效率并降低碳排放。這些應用程序補充了波音提供給航空公司用于優化機隊利用率的數字化分析服務。此外，新一代777X上安裝的攝像機系統同樣來源于環保驗證機項目所取得的成績，它可以幫助飛行員規避地面障礙來提高安全性。

綠色環保和降本增效是未來商用飛機產品保持競爭力的重要抓手，而波音環保驗證機項目恰恰是圍繞這兩方面開展研究的。波音對環保驗證機項目的定位并不是要在短期內取得重大的、突破性創新成果，而是循序漸進地開展滿足未來市場需要的新技術，即便是在公司發展最艱難的時刻，波音也沒有放棄對該項目的推進。或許這也是百年來波音能夠在業界屹立不倒的重要原因，那就是始終堅信投資可持續發展就是投資未來。這一點值得中國企業學習和借鑒。