波音民用飞机不断创新(上)

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1、波音民用飞机不断创新（上）波音民用飞机不断创新（上） 百百年历史、百年传奇年历史、百年传奇。波音（Boeing）自 1916 年筹建以来已近百年的历史，波音 从一个小小的航空产品销售公司、飞机邮政运输公司、货物运输公司，到飞机的研制和生 产，波音不仅实现了全球最大的民用飞机、军用飞机和航天产品的制造商和销售商，更成 长为不仅在美国国内乃至在世界航空航天产业的世界著名企业，尤其是民用飞机的产销量 位居世界第一。那么我们就来看一看波音在民用飞机领域是靠什么成长、发展和成为民用 航空业的领跑者，以期发现其中的奥秘-不断技术创新不断技术创新。 1958 年 第二次世界大战结束后，军事需求大幅削减，波音

2、公司为求生存和发展，开始涉足喷 气式民用飞机的研制开发，1954 年 7 月 19 日推出了波音707-120 飞机，它是首次试飞的第 一个民机喷气客机产品，1957 年投入商业运营，并在 1958 年 9 月 18 日获得联邦航空局的 认证。波音 707 飞机采用机翼下吊挂式发动机布局，这种较合理的载荷平衡设计、被世界 上大多数大型喷气式客机所采用，并一直延续至今。虽然波音 707 飞机的标准机型最初安 装的是普拉特.惠特尼（Pratt & Whitney-PW）发动机（JT3C） ，但是最后定型的主要机型 还是一个扩展翼展的和安装JT4A发动机的 707-320 飞机。波音 707-420

3、 与 707-320 是相同 的飞机，前者只是安装了劳斯莱斯（Rolls-Royce-RR）公司的涡轮风扇发动机。然而，最 终波音 707 系列占统治地位的发动机是普拉特.惠特尼的JT3D和JT3C涡扇发动机， 它是一种 技术改进型、更低油耗，和更高推力的发动机。总之，波音 707 是世界上最早第一个商业 化成功的飞机，它迎来了喷气客机的新时代。波音 707 客机在 1978 年停产。 首架波音 707 飞机推出生产线时的场景图片 波音 707 飞机图片 1964 年 波音公司自 707 喷气客机在商业市场上大获成功的基础上， 又开始了波音 727 喷气客 机的研制开发，波音 727 采用了机

4、身尾部安装三台喷气发动机的布局，在 1962 年 11 月 27 日进行试飞，它主打的是中程客机市场，在 1964 年 2 月投入运行后便立刻受到飞行人员及 乘客的认可。波音 727 机身的宽度与 707 机身相同，包括波音 737 和 757 客机，它还采用 了前所未有的三段前缘缝翼和新的后缘襟翼，大大改进了飞机的空气动力，并为民用喷气 客机大大增加了在低速起飞和降落时的性能，并具有比 707 飞机要求更低的机场适应性。 波音 727 飞机图片 1967 年 波音在研制成 727 的同时，也开始了波音 737 喷气客机的研制工作，在 1967 年 4 月 9 日首 次试飞，1967 年 12

5、 月 15 日获美国联邦航空局的型号合格证，并很快交付使用。根据项目 启动时间和技术先进程度分为传统型 737 和新一代 737 飞机，传统型 737 包括 737-100/-200；737-300/-400/-500，新一代 737 包括 737-600/-700/-800/-900，也称为 737NG 系列飞机。波音 737 系列飞机是波音公司研制生产的一种中短程双发喷气式客机， 它是在世界上最受青睐的、销量最好的，也最成功的窄体民用运输客机，它具有可靠、简 捷，且极具运营和维护成本经济性和多用性的特点。截止 2010 年 12 月 31 日，各型波音 737 交付了约 6666 架。 波

6、音 737 系列飞机图片 1970 年 创新-首次采用高涵道比涡轮风扇发动机： 燃油效率改进约 33% 减低了噪音 波音公司和普拉特.惠特尼（PW）发动机公司协作，首次在波音 747 飞机上采用高涵道 比涡轮风扇发动机 （JT9D)， 通过新技术的采用， 提高了波音 747 飞机燃油效率约三分之一, 并降低了噪声。这项技术的运用大大地推动了像 747 那样的大型飞机的发展，并使早期涡 轮喷气的动力翻了一翻。波音 747 是世界上大型、远程、宽体双通道客机，它的成功推出 和投入运行，成就了波音 70-80 年代的世界民用客机的霸主地位。 普惠 JT9D发动机立体彩图 1984 年 创新-采用先进

7、的涡轮风扇发动机： 燃油效率增加约 16% 减少碳排放约 16% 减少了噪音 波音公司在波音 737-300 飞机上选装了新的 CFM56 先进的涡轮风扇发动机（GE CFM56-3） ，从而使 737-300 飞机的燃油效率比早期的 737-100/-200 飞机得到大大地提高， 同时减小了噪音。与 737-100 相比，737-300 的新引擎(GE CFM56-3)提高燃油效率达 16%。 GE CFM56 发动机彩图 创新-首次采用先进的复合材料： 减轻了机身重量 改进了燃油效率 减少了二氧化碳排放 在革命性的 787 梦想飞机之前的二十年里，波音公司首先在 737-300 / -40

8、0 / -500 机型上应用了复合材料。最明显的是应用于操纵面和发动机吊架上，通过复合材料的使用 创造了一个比以前的 737 系列飞机更轻的机身和更大的燃油效率。 波音 737 飞机电脑矢量图 737 飞机电脑矢量图 1985 年 创新-首次引入“双发延程飞行（ETOPS） ” ： 减少了燃油使用 减少了二氧化碳排放 增加了直接、更有效的航路飞行能力 在波音 767 上，开创了 120 - 180 分钟“双发延程飞行-ETOPS”的能力。ETOPS 是一 种扩展航距引入飞行的延长操作的管理规则，包含一个超过一小时的、有足够的时间飞到 机场的更远飞行时间。这一功能使 767 飞机和发动机性能具有

9、飞越大西洋航线的能力，并 可以大大降低燃油的使用。波音 767 飞机于 2007 年底开始 ETOPS 操作，波音双发动机运营 每一天飞行超过 1400 ETOPS 路线。 北大西洋“双发延程飞行-ETOPS”航路图 1989 年 创新-首次采用翼尖小翼（翼梢） ： 减少了阻力 减少了燃油消耗 减少了二氧化碳排放 波音 747-400 飞机的推出，对 747 飞机的机翼进行了重新设计，通过增加翼展增加新 的气动效率，这也是在一架波音飞机上首次出现，增加一个小翼来增加翼展（机翼的长度） 降低总体阻力，从而降低油耗。通过安装小翼在增加了翼展，但不明显增加机翼的长度的 情况下降低空气阻力，而这种设计

10、可能会减少机场登机口占用情况。小翼会增加飞机的重 量，从而抵消一些飞机空气动力储蓄。然而，747-400 飞机应用了新型的铝合金材料，实 现了减轻重量大约 2270 公斤(5000 英镑)，并抵消了因翼尖扩展和小翼而增加的重量。 波音 747-400 翼尖小翼位置图 波音 747-400 翼尖小翼位置图 翼尖小翼电脑矢量图 波音 747-400 翼尖小翼电脑立体图 1995 年 创新-采用先进的导航系统： 改进了使更有效航路飞行的精确度 减少了燃油消耗 减少了二氧化碳排放 波音 747-400 是第一个采用“未来空中导航系统（FANS） ”概念的飞机。FANS-1 是在 推进空中交通管理中利用

11、 GPS（全球定位导航系统）卫星将惯性导航过渡到卫星导航的第 一步， 以提供更大的位置精度。 FANS 引入了 “实际飞机管理 （ANP） ” 和 “所需导航性能 （RNP） ” 作为用于其提高定位精度的方法。反之，FANS 引入通过更准确、有效的飞行最优的航路降 低了油耗。这些导航程序还让空域更有效的使用，允许飞机彼此靠近和安全操作，以减少 空中堵塞。 “所需导航性能（RNP） ”在现代化的空域使用今天继续发挥着重要作用。 未来空中导航系统-FANS 概念图 创新-采用新的超临界机翼： 减少了阻力 改进了燃油消耗 减少了二氧化碳排放 1995 年，虽然早期飞机具有了先进机翼设计的元素，但波音

12、 777 飞机采取了美国国家 航空航天管理局使用的“超临界机翼（SCW） ”技术以达到一个更高的程度。传统的机翼是 圆形的顶部和平坦的底部。 “超临界机翼”就是顶部更平一些、底部稍圆一些，及用向下弯 曲加大上部后缘襟翼的方式来恢复由于机翼上面稍平整而损失的升力。“超临界机翼 （SCW） ” 是以机翼下部稍底于音速，而机翼上部稍高于音速来大大减小由机翼所产生的阻力。这使 得飞机用较少的付出飞得更快，从而改进飞机的燃油效率。采用新的机翼、加上新的高旁 通发动机推力和高效力，是波音在世界上首次实现规模、范围和燃料效率的 777 双发动机 飞机。 机翼上部气流比较图 创新-首次采用全数字飞机设计： 更

13、轻的机身 减少了燃油使用 减少了二氧化碳排放 1995 年，波音 777 是独家采用计算机辅助设计(CAD)系统设计的首架商用飞机。波音 设计团队首先在计算机系统中模拟了 777 客机的装配生产，确保在推出实物原件之前使成 千上万个零部件的准确定位，从而减少了制造过程中的浪费。随着先进的铝合金和复合材 料在 777 飞机上应用，计算机辅助设计(CAD)提高了最大化结构的效率。反过来，这就减少 了飞机的总重量，因而减少燃料的使用和减少了温室气体的排放。 CAD 系统设计的 777 飞机机身图 CAD 系统设计的机舱内部图 创新-首次采用“双发延程飞行（ETOPS） ”设计的飞机： 增加了直接、更

14、有效的航路飞行能力 改进了燃油效率 减少了二氧化碳排放 1995 年，波音 777 是应用 ETOPS（延程使用）设计的首架飞机，也就是使飞机提供系 统安全、可靠和航路的使用余度，即设计一个距离机场超过一小时的飞行时间。结合一个 延程飞行测试程序的飞机设计，使得波音 777 能执行“ETOPS 超远飞行”的首架飞机，它 意味着该飞机被证明拥有以极高调机能力的180分钟 ETOPS操作。 因为飞机在交付时ETOPS 已就绪，航空公司就能采用双引擎飞机的效率、较早采取更先进的直接航路横跨大西洋， 和飞越太平洋航路。大于 60%的所有 777 飞机飞行时间是在 ETOPS 飞行上，允许在长途航 线上

15、、一个更省油的运作方式上连续飞行。 北太平洋“双发延程飞行-ETOPS”航路图 2000 年 创新-融合式机翼小翼： 在燃油使用方面减少 3%-5% 在二氧化碳排放方面减少 3%-5% 减少噪音 融合式机翼小翼实现了一个主要性能突破，即提供减少燃料使用 3-5%、相应的二氧 化碳排放，及降低氮氧化物 (NOX)排放。另外，融合式机翼小翼应用以降低发动机磨损和 起飞时的噪声。实现融合式机翼小翼技术的应用来改进现役机队的性能，安装小翼的每架 飞机每天典型节油大于 1,135 公升（300 加仑)。到 2007 年底，已交付小翼超过 2300 套， 每天节省燃油超过 2,844,000 升（750,

16、000 加仑)。这意味着每日减少二氧化碳的排放 7200 吨。在接下来的五年内，将有额外的 3000 付小翼交付使用。 融合式小翼图 融合式小翼安装位置图 创新-采用首个倾斜小翼： 增加燃油效率 减少二氧化碳排放 2000 年，在波音飞机上第一次使用后掠角翼尖的倾斜小翼（翼梢） ，被应用于 767-400ER 飞机上。这个设计创新增加了就像在 737 飞机上的融合式小翼的燃油效率和整 体性能，但通过增加翼展长度的方式可减少附加重量。 电脑的倾斜小翼矢量图 电脑的倾斜小翼位置图 2003 年 创新-采用先进的驾驶舱技术： 减少低能见度下的把杆操纵 增加更精确、有效的航路 减少燃油消耗和排放 在 2003 年中，737NG 飞机增添了新的驾驶舱技术：垂直状态显示（VSD）清晰地提高 了接进地形的飞行员意识，和计算机模拟地形（CAT）三级 B 仪表辅助着落技术，允许在低 能见度条件下