博物館里學(xué)航空

趙二剛

雙發(fā)客機模型擺滿了展柜

立巢航空博物館位于成都環(huán)球中心，是國內(nèi)首家民營航空主題博物館。整個博物館室內(nèi)空間約5000平方米，擁有數(shù)千件航空珍貴實物與文獻，“處處見航空、處處見知識、處處見專業(yè)”的設(shè)計理念與先進展陳手段相融合，全面清晰地展示了人類追逐飛行夢想的歷程與航空科技的力量之美。

立巢航空博物館共分兩層（部分區(qū)域還有夾層），一層以航空發(fā)展史和各種軍用航空裝備為主，二層則主要展示民航和通航的內(nèi)容。登上二樓來到民航展區(qū)，樓梯入口邊的墻面鑲嵌著數(shù)十個玻璃展柜，里面琳瑯滿目地擺放著數(shù)量龐大的各型民航客機模型。與館內(nèi)一些“大塊頭”的實機展品相比，這些袖珍模型雖然不太起眼，卻能從中看出民航客機發(fā)展變遷的一些端倪。

展柜里，數(shù)量最多的就是配備兩臺噴氣發(fā)動機的雙發(fā)客機，而像波音747、空客A380 這樣的四發(fā)巨無霸客機就少多了，三發(fā)客機更是鳳毛麟角。現(xiàn)實世界同樣如此，雙發(fā)客機占據(jù)著統(tǒng)治地位。空客A380已于2021年停產(chǎn)，我國南方航空公司的5架A380在2022年底全部退役，其中最新的一架運營甚至不足10年。而波音747也沒能堅持太久，隨著美國當(dāng)?shù)貢r間2023年1月31日最后一架波音747交付阿特拉斯航空，為該機型半個多世紀的生產(chǎn)歷史畫上了句號。至此波音747的生產(chǎn)數(shù)量停留在1574架，已經(jīng)相當(dāng)成功；而A380的交付量只有250多架，不僅大大低于預(yù)期的1000架，甚至距收支平衡的420架都相去甚遠。類似的四發(fā)寬體客機A340、伊爾-86、伊爾-96等也都早已停產(chǎn)，四發(fā)寬體客機時代結(jié)束了。

正在滑跑起飛的“巨無霸”客機A380，為它提供動力的是4臺通用電氣公司的GP7200或羅爾斯. 羅伊斯公司的湍達900系列渦扇發(fā)動機。

那么，是什么打敗了三發(fā)、四發(fā)客機，讓雙發(fā)客機稱雄世界的呢？其實原因很簡單，就是技術(shù)進步使噴氣發(fā)動機的性能、可靠性以及經(jīng)濟環(huán)保等方面都有了長足的進步。

首先看性能。噴氣式發(fā)動機誕生于“二戰(zhàn)”末期，相比活塞發(fā)動機，其動力強、重量體積小，能為飛機提供更大的推力，使其飛得更高更快，于是很快便得到了廣泛使用。噴氣式發(fā)動機經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從渦噴發(fā)動機到渦扇發(fā)動機，從小推力到大推力，從小涵道比到大涵道比，各項性能越來越強。以最成功的商用飛機波音737為例，該機從1967年首飛至今先后發(fā)展了4代。第一代波音737-100機型，使用的是普惠JT8D發(fā)動機，其風(fēng)扇最大直徑只有1.37米，推力84.5千牛；而最新一代波音737MAX采用的Leap-1B發(fā)動機，風(fēng)扇的最大直徑達到1.76米，推力超過130千牛。

除了波音737這類中短程雙發(fā)客機外，遠程寬體客機更是發(fā)動機技術(shù)進步的受益者。有了更強的發(fā)動機，以往需要多臺發(fā)動機才行的寬體客機，現(xiàn)在用兩臺發(fā)動機就能滿足需要。1970年誕生的麥道DC-10 三發(fā)寬體客機，最大起飛重量超過185噸，采用3臺通用電氣公司的CF6-6D渦扇發(fā)動機，單臺推力182.4 千牛；后來出現(xiàn)的更大的波音777，其基本型最大起飛重量超過240噸，卻只需要兩臺發(fā)動機。特別值得一提的是通用電氣公司專門為波音777開發(fā)的GE90渦扇發(fā)動機，是有史以來推力最大的噴氣發(fā)動機，測試推力達到569千牛。這款發(fā)動機的直徑，甚至比波音737的機身直徑還大！

此外，飛機本身在材料、結(jié)構(gòu)、氣動設(shè)計等方面的進步，也讓其性能有了巨大提升，兩臺發(fā)動機能干的活，沒有理由用更多的發(fā)動機去完成。

再說可靠性。安全是航空運輸，特別是民航的生命線，沒有安全，其他都無從談起。過去，發(fā)動機的可靠性不高，有時會突然出現(xiàn)空中停車等事故，如果為飛機配備3臺或4臺發(fā)動機，即使其中一臺出現(xiàn)故障，也不會對飛行造成太大影響。依靠剩余的發(fā)動機，飛機仍然能安全抵達目的地或備降其他機場。特別是一些洲際和越洋航線，國際民航組織一度規(guī)定必須使用三發(fā)或四發(fā)客機執(zhí)飛，就是擔(dān)心發(fā)動機在空中出現(xiàn)故障后有可能導(dǎo)致的意外情況。

為了適配更大尺寸的發(fā)動機，波音737MAX 不得不提高并前移發(fā)動機吊艙的位置，使發(fā)動機最高點甚至超過了機翼上表面。這也造成飛機氣動構(gòu)型發(fā)生改變，波音公司只得用飛控軟件去補救，最終導(dǎo)致兩起嚴重空難而令該機一度停飛。

羅爾斯·羅伊斯公司的湍達800系列發(fā)動機是波音777的備選動力之一

雖然發(fā)動機的可靠性已經(jīng)非常高了，但有時也會突發(fā)故障，滿足ETOPS準則的客機能更好地避免因此出現(xiàn)的事故。2021年2月20日，美國一架從丹佛飛往夏威夷火奴魯魯?shù)牟ㄒ?77-200客機起飛后不久，一臺發(fā)動機發(fā)生故障在空中爆炸燃燒。大約25分鐘后，該機在丹佛國際機場安全著陸，所幸沒有造成人員傷亡。

隨著技術(shù)的發(fā)展，雙發(fā)客機執(zhí)飛這類航線成為可能。為了保證安全，國際民航組織訂立了一個基本準則，即雙發(fā)延程飛行準則，其英文全稱為Extended-Range Twin-EngineOperational Performance， 簡稱ETOPS。準則要求雙發(fā)飛機在一臺發(fā)動機失效的情況下至少還需要保證該架飛機能夠飛行120分鐘，以便飛抵最近的備降機場，只有達到準則的飛機才能投入市場。目前有些雙發(fā)飛機在單發(fā)動機失效的情況下可以繼續(xù)飛行超過300分鐘。ETOPS準則主要應(yīng)用在跨越沙漠、海洋和極地的航線，因為此時可供選擇的備降機場較少。ETOPS 能力越強，意味著航空公司可以利用雙發(fā)飛機開辟更多的直飛航線。

最后談?wù)劷?jīng)濟環(huán)保。一款客機的成功，除了技術(shù)先進、舒適安全外，商業(yè)成功也至關(guān)重要，畢竟飛機制造商和航空公司都是要賺錢的。

以已經(jīng)停產(chǎn)的A380為例，飛機本身的技術(shù)并不是不好，而是市場導(dǎo)致它被航空公司“拋棄”。除了其本身高昂的造價、對機場等設(shè)施有更高的要求外，最重要的是市場對這種高載客量客機的需求有限。A380項目初期，空客預(yù)計未來一些重要樞紐航線上的客流量會急劇增加，商業(yè)航空可能會轉(zhuǎn)變成以樞紐航線為中心，再輻射到周邊中小城市的航線模式。A380這種超大載客容量、超遠程航線的超大型客機，可以直接連接世界上距離較遠的樞紐航空中心節(jié)點。但實際情況卻并非如此，更多的航線出現(xiàn)在二線城市間的直飛，樞紐機場的中轉(zhuǎn)并未達到此前的預(yù)期。而波音公司推出的波音787系列雙發(fā)客機，其航程遠、載客量適中，任務(wù)柔性好且航線適應(yīng)性強，更適應(yīng)市場的需求。最終結(jié)果大家都看到了，波音787大獲成功。好在空客也很快做出改變，推出了A350雙發(fā)客機與之競爭。

而且，4臺發(fā)動機的A380肯定比兩臺發(fā)動機的波音787 或 A350更加耗油，而航空燃油的費用在航空公司的運營成本中的占比一直不低。多出的發(fā)動機除了更耗油，其碳排放也會更大，對于越發(fā)重視環(huán)保的航空業(yè)，雙發(fā)客機也成為更好的選擇。

綜上所述，如今的雙發(fā)客機，小到支線客機ARJ21，中到干線客機波音737、空客A320和C919，大到波音787、波音777和空客A350，幾乎能覆蓋各種短、中、長程航線，應(yīng)對各種客流需求，而且還更加經(jīng)濟、省油和環(huán)保，它們成為航空市場的“統(tǒng)治者”也就不足為奇了。

當(dāng)下，燃油經(jīng)濟性更好、航程更遠，但座位數(shù)適中的飛機更受市場歡迎，而用“小飛機”飛大航程也正成為航空公司的新選擇。空客公司開發(fā)的A350-1000機身更長，標準載客量可達369人，已經(jīng)接近四發(fā)客機波音747的載客量了。