2017年巴黎航展最大的期待之一無疑是F-35的飛行表演。F-35如期表演,但沒有像洛克希德期望的那樣,一勞永逸地打消人們對(duì)F-35飛行性能的質(zhì)疑。另一個(gè)最大的期待則是波音對(duì)NMA計(jì)劃的澄清。NMA全稱為New Midsize Airplane,意為新一代中型客機(jī)。波音并沒有做出多少澄清,NMA依然在迷霧之中,但NMA無疑指明了民航客機(jī)的下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)。
民航客機(jī)是一個(gè)高度細(xì)化的市場(chǎng)。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的各類航線上,載客量每相差20座就可以成為新的型號(hào)。載客量不夠當(dāng)然要丟失盈利機(jī)會(huì),載客量過大、上座率不足則要常年拉著太多的死重到處飛,對(duì)盈利也是大大的不利的。航程也有類似的問題,過大的航程意味著不必要的油箱容積和結(jié)構(gòu)重量,過大的發(fā)動(dòng)機(jī)也不利于省油。最好所有飛機(jī)對(duì)每一條航線都有恰到好處的載客量和航程,這當(dāng)然是不可能的。為了無縫覆蓋,民航客機(jī)主要產(chǎn)品系列的兩端多有重疊。比如在波音的系列里,波音777占據(jù)了300-400座、9500-16000公里航程的區(qū)間,波音787占據(jù)了240-330座、12000-15000公里航程的區(qū)間。在重疊區(qū),用戶可以在波音777的載客量和波音787的航程之間優(yōu)化,以選擇最適合需要的型號(hào)。但波音737MAX占據(jù)了140-195座、6500-7000公里航程的區(qū)間,與波音787之間有顯著的缺口。
在空客方面,A320NEO占據(jù)了140-210座、6500-7400公里航程的區(qū)間,A330NEO占據(jù)了260-290座、12000-14000公里航程的區(qū)間,A350占據(jù)了320-370座、15000-18000公里航程的區(qū)間,A380則是550-600座、15000公里航程的巨無霸??湛鸵灿腥笨?,但情況比波音稍好一點(diǎn)。 A320比波音737出世晚了20年,在基本設(shè)計(jì)上避免了后者的一些先天缺陷,比如機(jī)體較窄導(dǎo)致座位較窄、翼下凈空不足導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸受限等。加長(zhǎng)的A321NEO的載客量比波音737-9要多,以4:1的訂單優(yōu)勢(shì)徹底壓倒了波音737MAX-9。更要命的是,波音是以縮短航程為代價(jià)而勉強(qiáng)增加載客量的,而A321NEO(NEO意為新發(fā)動(dòng)機(jī))新增的A321LR亞型靠增加的輔助油箱維持了航程,事實(shí)上獨(dú)占了這一塊市場(chǎng),有把波音趕出這個(gè)重要市場(chǎng)的趨勢(shì)。這正好是美國(guó)東西海岸之間或者東海岸到歐洲西部的理想航程(由于備降機(jī)場(chǎng)和余油規(guī)定,航空公司的實(shí)際運(yùn)營(yíng)航程要顯著短于客機(jī)的理論最大航程),由于點(diǎn)到點(diǎn)模式的興起,越來越受到各大航空公司的青睞。波音正在推出波音737MAX-10,但這只是增加載客量,還是解決不了航程問題。
傳統(tǒng)民航運(yùn)作的模式好比放射形,核心對(duì)應(yīng)于一線城市的核心機(jī)場(chǎng),核心機(jī)場(chǎng)之間用大型客機(jī),載客量越大,經(jīng)濟(jì)性越好。單機(jī)載客量較大還可緩解機(jī)場(chǎng)登機(jī)門周轉(zhuǎn)率的問題,兩架飛機(jī)靠泊和登機(jī)離機(jī)的操作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一架兩倍載客量的飛機(jī)。從核心機(jī)場(chǎng)到附近的中小城市則由中小型、中短程客機(jī)運(yùn)營(yíng),把核心機(jī)場(chǎng)的客流導(dǎo)向分散的目的地。 但放射形模式高度發(fā)展后,弊端也日益嚴(yán)重,核心機(jī)場(chǎng)空域擁擠,登機(jī)口緊張。大飛機(jī)的尾流強(qiáng)大,要求起飛、著陸間隔加大,對(duì)機(jī)場(chǎng)周轉(zhuǎn)率的好處并沒有預(yù)想的那么大。核心機(jī)場(chǎng)的航站也越來越大而無當(dāng),單個(gè)航站樓容納不下,多個(gè)航站樓之間轉(zhuǎn)機(jī)、誤點(diǎn)成為越來越大的問題,航空公司和旅客都苦不堪言。 點(diǎn)到點(diǎn)模式繞過核心機(jī)場(chǎng),在大量遠(yuǎn)距離二線城市之間直飛,或者在一線與二線城市之間直飛,大大便利了旅客,也節(jié)約了旅行時(shí)間。一般來說,航空公司只能經(jīng)營(yíng)從境外直達(dá)外國(guó)的國(guó)際航線,而不能經(jīng)營(yíng)外國(guó)境內(nèi)的國(guó)內(nèi)航線。增加本國(guó)直達(dá)外國(guó)二線城市的航線還有助于減少不同航空公司的聯(lián)運(yùn),“獨(dú)吞”航線營(yíng)利。即使航空公司有權(quán)運(yùn)作多段航線,每段航線也有相應(yīng)的飛機(jī)、機(jī)組和機(jī)場(chǎng)費(fèi)用,點(diǎn)到點(diǎn)直飛節(jié)約費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)性最終反映到票價(jià),刺激消費(fèi)者的出行意愿,開拓新的需求。 但點(diǎn)到點(diǎn)不僅需要足夠的航程,還要有適中的載客量,滿座率不高的點(diǎn)到點(diǎn)航線是沒有生命力的。波音787開創(chuàng)了遠(yuǎn)程點(diǎn)到點(diǎn)模式,但載客量依然偏大,適合大中城市之間使用,流量再小一點(diǎn)的市場(chǎng)就嫌太大。中等流量、中遠(yuǎn)航程,這是波音NMA的定位所在,也稱中間市場(chǎng)客機(jī)(Middle of the Market,簡(jiǎn)稱MOM),大約定位在200-270座、9000-10000公里航程級(jí)。最關(guān)鍵的是:NMA要以單通道的經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)上只有雙通道才能做到的載客量和航程。波音在36個(gè)航空公司中的調(diào)查表明,NMA的市場(chǎng)需求可達(dá)5000架之多,其中至少2000-3000架屬于不能由“低端高用”或者“高端低用”滿足的核心需求。歷史上,這是由波音757/767、空客A300/310所覆蓋的范圍,現(xiàn)在波音757和A300/310已經(jīng)停產(chǎn),波音767只有貨機(jī)和美國(guó)空軍的加油機(jī)還在繼續(xù)生產(chǎn),2004年后客機(jī)已經(jīng)停產(chǎn)。 波音是第二次碰上MOM問題了。在70年代推出波音747之后,波音需要一架飛機(jī)填補(bǔ)波音737和波音747之間的缺口,但最后配套推出了波音757和767。波音757是單通道的,200-250座、5500-7250公里航程級(jí);波音767則是雙通道,220-300座、7000-12000公里航程級(jí)。在波音提出NMA要求后,用新發(fā)動(dòng)機(jī)和航電重開波音757/767生產(chǎn)線的呼聲很高。
波音757依然采用波音707/727/737的機(jī)身截面(后機(jī)身直徑有所增加),原意要取代短程的波音727和中程的波音737,但機(jī)身長(zhǎng),重量大,作為“大號(hào)波音737”飛短途的話,經(jīng)濟(jì)性不如正主;飛中長(zhǎng)途的話,載客量不如波音767,難以得益于規(guī)模經(jīng)濟(jì),市場(chǎng)響應(yīng)始終不溫不火,2004年就停產(chǎn)了。波音757適合中流量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)中遠(yuǎn)程航線的優(yōu)點(diǎn)是在停產(chǎn)多年后才意識(shí)到的。 波音767載客量和航程很適合填補(bǔ)波音747以下的需求空間。這是獨(dú)特的半寬體設(shè)計(jì),也是雙通道,但每排座位為獨(dú)特的2+3+2,非常受旅客歡迎,沒有人需要爬過兩個(gè)鄰座才能走上走道。但對(duì)于航空公司來說,通道增加一條,但每排座位數(shù)只比單通道的3+3增加一個(gè),機(jī)艙里被走道占用的非營(yíng)利面積太大,經(jīng)濟(jì)性不好。與波音747那樣的寬體相比,半寬體有機(jī)體直徑較小、重量較輕、迎風(fēng)阻力較小的好處,但地板下的空間正好無法安放兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LD3航空集裝箱,只能裝兩個(gè)偏門的小號(hào)LD2,也影響使用。捎帶貨物是中遠(yuǎn)程航線上的重要營(yíng)利手段。
空客的應(yīng)對(duì)是推出A330和A340,采用相同的機(jī)體和機(jī)翼。A340為四發(fā),主打遠(yuǎn)程;A330為雙發(fā)(翼下外發(fā)動(dòng)機(jī)位置用蓋板蓋上,這一特點(diǎn)在改裝加油機(jī)時(shí)特別有用,這里是天然的翼下加油吊艙的位置),主打中短程。這是技術(shù)上有創(chuàng)意而又穩(wěn)妥的做法。但四發(fā)的經(jīng)濟(jì)性天然吃虧,A340很快被航程相當(dāng)?shù)d客量更大的波音777(尤其是遠(yuǎn)程的波音777-300ER)扼殺了,這是另一段故事。A330的定位與波音767相似,采用2+4+2的座位布局,經(jīng)濟(jì)性更好,反過來扼殺了波音767的生存空間。A330也用新一代發(fā)動(dòng)機(jī)推出A330NEO,繼續(xù)暢銷。 波音要重回MOM市場(chǎng)的話,用新發(fā)動(dòng)機(jī)直接恢復(fù)生產(chǎn)波音757MAX或者767MAX是最簡(jiǎn)便、快捷的做法,但也是最短視而沒有后勁的做法。波音767MAX將被A330NEO再扼殺一遍,波音757也有本質(zhì)缺陷。 波音757的機(jī)艙寬度與波音737相同,繼承自波音707。這在50年代是合適的,但現(xiàn)代人普遍體胖,17英寸的座椅寬度太窄,A320的18英寸明顯更加舒適。這在短途的波音737上問題還不大,但在主打中遠(yuǎn)程的波音757MAX上,旅客的舒適就是大問題。這和把波音737拉皮到MAX還不一樣,波音737有特別大的用戶基礎(chǔ),使用、維修、運(yùn)作的熟悉、現(xiàn)成的備件和技術(shù)保障體系加上依然優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)性,使得波音737MAX依然有巨大的吸引力。波音757沒有這樣的條件。而要加寬機(jī)體,這就是徹底重新設(shè)計(jì)了,談不上什么恢復(fù)生產(chǎn)了。既然這樣,不如全新設(shè)計(jì)。 NMA需要波音767的航程和載客量,更需要波音757的經(jīng)濟(jì)性,能達(dá)到波音737的經(jīng)濟(jì)性更加理想。事實(shí)上,把波音737繼續(xù)拉長(zhǎng)作為NMA也是一個(gè)遙遠(yuǎn)的可能性,只是波音737盡管依然暢銷,但基本技術(shù)還是60年前就確定的,也急需考慮換代了。除了機(jī)艙寬度和翼下凈空問題,還有金屬為主的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)電飛控的問題。還有一個(gè)問題不大提到:波音737的地板下行李艙只能攜帶散貨,不能像A-320那樣用標(biāo)準(zhǔn)的航空集裝箱,需要人工裝卸,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且在拋接中容易損壞行李。這些問題都是可以解決的,但都需要全面重新設(shè)計(jì)。既然如此,不如全新研制下一代,這就是波音的下一代小型客機(jī)(New Small Airplane,簡(jiǎn)稱NSA)計(jì)劃。
事實(shí)上,波音737的潛力已經(jīng)“挖盡”好幾回了,每一次都在新技術(shù)的注入下,重現(xiàn)新的生命力,但這條路越來越難走了。波音737MAX從一開始就是過渡行為。如果不是空客A320NEO用換發(fā)來“換代”取得意外強(qiáng)烈的反響,波音本來是準(zhǔn)備直接進(jìn)入NSA階段的。但NSA已經(jīng)不能再拖延了。A320可以推出A321NEO和LR,只要有市場(chǎng)需求,還可以推出進(jìn)一步加長(zhǎng)(可能還需要設(shè)計(jì)全新機(jī)翼)的A322NEO,但波音737已經(jīng)黔驢技窮了,加長(zhǎng)再加長(zhǎng)的波音737MAX-10已經(jīng)是為了不向空客投降而硬憋出來的。NSA勢(shì)在必行。 NSA的上端和NMA的下端重合,要是把兩個(gè)計(jì)劃合并,在經(jīng)濟(jì)上是有利的,但在技術(shù)上則是難上加難。 NSA的要求還沒有公布,估計(jì)這將定位于150-200座、7500公里級(jí)航程,也就是說,是波音737的直接換代。一般認(rèn)為200座是一個(gè)分水嶺,200座以下以單通道為宜,所以NSA肯定是單通道的。 250座以上的話,則以雙通道為宜,否則單通道的機(jī)體長(zhǎng)度太大,最后幾排座位的旅客要經(jīng)過萬里長(zhǎng)征才能從登機(jī)門走到自己的座位,容易有怨言。一字長(zhǎng)蛇的登機(jī)離機(jī)的時(shí)間也太長(zhǎng)。另外,過長(zhǎng)的機(jī)體有起飛拉起時(shí)機(jī)尾觸地問題,A321已經(jīng)在離地時(shí)只能緩緩拉起,達(dá)到一定高度后再轉(zhuǎn)入大迎角爬升,以減小起飛路徑下的噪聲投影。但這樣的大角度爬升容易引起乘客不適,也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力提出更高的要求。 但200-250座之間就比較糾結(jié),既可以是加長(zhǎng)的單通道,也可以是縮短的雙通道。波音聲稱,NMA將有雙通道的載客量和舒適,和單通道的經(jīng)濟(jì)性。問題是,波音767那樣的每排2+3+2的雙通道已經(jīng)證明經(jīng)濟(jì)性不好,至少需要每排2+4+2,但這就危險(xiǎn)地逼近每排3+3+3的波音787的型號(hào)區(qū)間。 縮短波音787也不是辦法,“短寬體”銷路不好,歷史上波音767-100、波音787-3都夭折了,空客A310也鎩羽而歸?,F(xiàn)在的波音787也只有載客量大的-9和-10暢銷,載客量較小的-8已經(jīng)開始銷路不暢了。 在機(jī)艙寬度上,只有2+3+2符合NMA的載客量要求。要解決經(jīng)濟(jì)性問題,只有突破傳統(tǒng),走全新的思路,比如采用橢圓截面。坊間傳言,波音已經(jīng)決定:NMA為橢圓截面的雙通道,人們甚至已經(jīng)給NMA定名了:波音797。
在同樣寬度情況下,橢圓截面機(jī)體的重量和迎風(fēng)阻力略低于圓截面機(jī)體。問題是,橢圓截面的受力不如圓截面,制造難度增加,結(jié)構(gòu)加強(qiáng)要求可能把減重效果抵消了。橢圓截面還有機(jī)艙舒適和行李空間的問題。壓扁的上部空間擠占了行李架和布線空間,壓扁的下部空間使得標(biāo)準(zhǔn)的航空集裝箱難以裝入,這些都影響舒適性和營(yíng)利性。 橢圓截面的一個(gè)遠(yuǎn)親是橫8字截面,用兩個(gè)圓截面拼接,工藝性比橢圓略好些,但可能只能用兩個(gè)低矮的2+2的支線客機(jī)級(jí)的圓筒,實(shí)際上形成2+4+2,再大就橫截面太寬了,再小就太低矮、根本不適合作為大型民航客機(jī)使用了。2+3+2的話,中間座位的天花板太低,非常壓抑,而且機(jī)艙低矮,舒適性很糟糕,地板下也沒有行李空間。即使不考慮技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),NMA采用橫8字的可能性也微乎其微。
2017年巴黎航展前夕,美國(guó)《航空周刊》與美林-美洲銀行聯(lián)合向世界各國(guó)航空公司調(diào)查,發(fā)現(xiàn)90%要求少于250座,76%要求不低于9200公里的航程。換句話說,航程優(yōu)先,載客量則不必太大。這是和點(diǎn)到點(diǎn)、“薄”航線、分散化的大趨勢(shì)符合的。這決定了NMA更可能是單通道。250座差不多是單通道的極限,波音757-300就是243座(兩級(jí)布置,單級(jí)高密度可達(dá)280座,但沒人這么做)。250-270座區(qū)間就放給波音787了。歷史數(shù)據(jù)也表明:貌似缺乏發(fā)展余力的加長(zhǎng)單通道賣得紅火,A321NEO還沒有交付,已經(jīng)有1400架以上的訂貨(還可加上1600多架A321CEO,其中1200多架已經(jīng)交貨;對(duì)比之下,波音757總產(chǎn)量只有1050架);更加舒適、貌似更有發(fā)展?jié)摿Φ牟ㄒ?67-200則早早鎩羽而歸,波音767的所有型號(hào)至今總產(chǎn)量也只有1100架。事實(shí)上,歷史上的短寬體都不成功,波音787-3、波音767-100都在孕育中就夭折了,空客A310也是空客歷史上最不成功的型號(hào)。 歷史數(shù)據(jù)也表明,航空業(yè)界對(duì)單通道的銷售預(yù)測(cè)經(jīng)常低估,但對(duì)雙通道則經(jīng)常高估。波音每年發(fā)布《當(dāng)前市場(chǎng)預(yù)期》(簡(jiǎn)稱CMO),預(yù)測(cè)未來20年的民航市場(chǎng),一般認(rèn)為至少是有關(guān)市場(chǎng)預(yù)測(cè)中最靠譜的。就2007-26年區(qū)間而言,現(xiàn)在正好是中間點(diǎn)。2006年CMO指出,在2007-26年間,將有17650架單通道飛機(jī)的需求(指波音737、A320和龐巴迪爾CS系列,沒有計(jì)入俄羅斯MC-21和中國(guó)C919),6290架雙通道的需求和960架超大飛機(jī)(A380、波音747)的需求。超大可以按照典型的1.3倍因子折算為雙通道,這樣雙通道總數(shù)為7538架。 但在2007-16年間平均下來,單通道實(shí)際交付為916架/年,波音和空客現(xiàn)在都預(yù)計(jì)未來10年將繼續(xù)增加到1100架/年,甚至可能達(dá)到1500架/年。但雙通道的交付數(shù)量顯著低于預(yù)期,把算入等效的超大飛機(jī),在2007-16年間實(shí)際交付2890架,也就是說,要達(dá)到預(yù)期,后10年要交付4648架才行,顯然不現(xiàn)實(shí)。 事實(shí)上,只要有可能,航空公司寧愿勉為其難也要用單通道飛遠(yuǎn)程航線,如挪威航空用波音737MAX飛北大西洋航線。這意味著理論上更加適合的小雙通道的市場(chǎng)可能被加長(zhǎng)的單通道吃掉,登機(jī)口周轉(zhuǎn)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)也不足以扭轉(zhuǎn)這樣的情況。 當(dāng)然,NMA最大的問題是眾口難調(diào),到底是要更大的載客量,還是要更大的航程,還是載客量、航程都要,這對(duì)NMA的單通道還是雙通道的選擇最后有最大的影響。 波音有可能對(duì)橢圓截面和2+3+2是認(rèn)真的,但雙通道能用的新技術(shù)也可以用于單通道,使得雙通道由于結(jié)構(gòu)重量劣勢(shì)而永遠(yuǎn)吃虧。更大的重量不僅耗油,還增加了機(jī)場(chǎng)著陸費(fèi)用,跑道使用是按飛機(jī)重量計(jì)價(jià)的。雙通道還要求雙倍的乘務(wù)員,同時(shí)對(duì)兩個(gè)通道兩邊的乘客提供機(jī)上服務(wù)。 雙通道的舒適性優(yōu)點(diǎn)在某種程度上幾乎不重要,絕大多數(shù)旅客按票價(jià)訂票,絕少有按飛機(jī)型號(hào)訂票的。最重要的是,波音NMA需要競(jìng)爭(zhēng)的不僅是現(xiàn)在的A321NEO,還有空客必然跟踵而來的應(yīng)對(duì)。波音有過推出“音速巡航者”而有縮回去的前科,當(dāng)年這正是作為波音767的換代提出來的,撞墻后改用波音7E7的名義再推出,最后成為波音787。事實(shí)上,波音在造勢(shì)已久后,在2017年巴黎航展上最后還是沒有公布NMA。 另一方面,NSA和NMA要是共享機(jī)體,可以大量節(jié)約工程設(shè)計(jì)和制造工裝的開支。傳統(tǒng)的圓筒-機(jī)翼布局之所以經(jīng)久不衰,部分原因在于制造上的便利,圓筒的受力情況良好,框架和蒙皮結(jié)構(gòu)容易批量制造,降低成本。共用相同的機(jī)體直徑和基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的話,不僅減少工程研發(fā)開支,還有規(guī)模經(jīng)濟(jì)的好處。
空客A320的機(jī)體比波音737加寬6英寸,使得座位可以從17英寸加寬到18英寸,贏得了舒適的口碑。NMA/NSA要重奪制高點(diǎn),并打退包括C919、MC-21的挑戰(zhàn)者,可能需要比A320進(jìn)一步加寬6英寸。這給NMA/NSA前所未有的自由度,既可以為NMA加寬座椅,改善舒適,又可以為NSA加寬通道,加速登機(jī)、離機(jī)。據(jù)研究,30英寸的通道可以并排容納一個(gè)旅客及其滑輪箱,使得單通道的登機(jī)、離機(jī)效率接近雙通道。 單通道的NMA/NSA可以通過拉長(zhǎng)和縮短滿足不同的座位數(shù)要求,但要在航程上取得一致就難了。NSA肯定不需要9000-10000公里的航程,按照那個(gè)要求設(shè)計(jì),對(duì)于大量現(xiàn)用波音737的用戶就太浪費(fèi)了。 要達(dá)到大航程,傳統(tǒng)做法是增加燃油量和最大起飛重量。客機(jī)的油箱主要在機(jī)翼內(nèi),增加翼展一方面增加升力,容許更大的最大起飛重量,另一方面也加大翼內(nèi)油箱容量。但單純?cè)黾右碚购鸵砻娣e是面多了加水、水多了加面的“笨”辦法。增加展弦比提高升阻比,用較小的阻力代價(jià)獲得較大的升力,這才是巧辦法。 展弦比越高,機(jī)翼越是細(xì)長(zhǎng),空氣可以在更大的展長(zhǎng)上得到加速,產(chǎn)生升力,但加速的幅度不必太大,減少了氣流分離和種種畸變,提高產(chǎn)生升力的效率,提高升阻比,同時(shí)降低了對(duì)后掠的要求。后掠翼延遲了激波的形成,有利于提高速度,但斜掠不可避免地產(chǎn)生氣流的展向流動(dòng),導(dǎo)致一定的升力損失。在不影響飛行速度的情況下,降低后掠角有利于提高升阻比,極端情況當(dāng)然就是平直翼?;铏C(jī)的機(jī)翼就是典型的大展弦比平直翼。但細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼的受力不好,氣動(dòng)彈性變形可能造成多種氣動(dòng)反常,如翼尖失速造成機(jī)頭不可控上揚(yáng),或者襟翼副翼動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)翼扭轉(zhuǎn)而造成氣動(dòng)控制反轉(zhuǎn),補(bǔ)強(qiáng)則帶來重量增加,抵消了細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼的增升作用。復(fù)材機(jī)翼解決了這些問題,波音787、A350、MC-21都采用了復(fù)材,展弦比已經(jīng)比從傳統(tǒng)的9增加到11,后掠角也有所減小,提高了升阻比。采用更先進(jìn)的主動(dòng)顫振控制和陣風(fēng)抑制技術(shù)的話,可望把展弦比進(jìn)一步提高到15。 但更大的展弦比需要全新思維。波音與NASA合作,已經(jīng)進(jìn)行SUGAR計(jì)劃好多年了。SUGAR的全稱為Subsonic Ultra Green Aircraft Research,意為亞音速極環(huán)保飛機(jī)研究,重點(diǎn)是省油、減排、降噪。SUGAR有很多亞型,有渦槳型、渦扇型、氫動(dòng)力型,最極端的是渦輪-電力混動(dòng)方案,但在氣動(dòng)上是共同的,最大特點(diǎn)是特大展弦比(可達(dá)20-30)和支架翼。
SUGAR的機(jī)翼稱為跨音速支架翼(Transonic Truss Braced Wing,簡(jiǎn)稱TTBW),粗看有點(diǎn)像雙翼機(jī),只不過下翼縮短到幾乎消失,實(shí)際上成為斜支架的支點(diǎn)。這也可以作為主起落架的安裝點(diǎn)。與常規(guī)的懸臂翼相比,TTBW后掠較小,受力設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化,加上支架的加固作用和復(fù)材的氣動(dòng)彈性剪裁作用,可以有效地增加細(xì)長(zhǎng)小后掠翼的剛度。 SUGAR研究表明,TTBW可以省油5-10%,這也可以轉(zhuǎn)化為航程,在技術(shù)上可在2030年左右達(dá)到成熟。波音SUGAR定位在波音737的大小,設(shè)計(jì)速度只有M0.7,對(duì)于客機(jī)來說低了一點(diǎn),希望增加到M0.8。弗吉尼亞理工學(xué)院的研究定位在波音777的大小,沒有發(fā)現(xiàn)達(dá)到M0.85的設(shè)計(jì)速度有什么原理層面上的攔路虎。NASA計(jì)劃將最終測(cè)試速度提高到M0.9,這對(duì)民航客機(jī)就足足有余了。 TTBW的難點(diǎn)在于顫振預(yù)測(cè)和抑制,需要在機(jī)翼本身剛度和支架強(qiáng)度、形狀、位置之間達(dá)到最優(yōu)。支架本身對(duì)升阻比的影響、支架與機(jī)翼、支架與機(jī)體之間的氣動(dòng)交互影響是有待研究的問題,這是比翼下發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙更加復(fù)雜的問題。波音與NASA還在研究中發(fā)現(xiàn),簡(jiǎn)單的斜撐還不夠,需要在斜撐2/3處與機(jī)翼下表面之間增加一道豎撐,才能達(dá)到需要的剛度。 但TTBW可以很容易地按需要放大、縮小,這一點(diǎn)是其他非常規(guī)氣動(dòng)方案所不具備的,比如波音翼身融合體(像圓滾滾的飛翼一樣,簡(jiǎn)稱BWB)就只適合至少波音777一級(jí)的大型飛機(jī),較難用于波音737一級(jí)或者更小的中小飛機(jī)。值得注意的是,波音SUGAR不僅有波音研究部門參加,波音商用飛機(jī)分部也在其中,凸顯了近期應(yīng)用前景。 當(dāng)然,特別細(xì)長(zhǎng)的機(jī)翼也有問題。比如說,SUGAR的翼展從基準(zhǔn)的波音737的111英尺增加到173英尺。特大翼展在登機(jī)口會(huì)造成問題,但可以在著陸后在滑行道上慢速滑跑時(shí)將外翼段自動(dòng)折疊起來,減小占地,離開登機(jī)口準(zhǔn)備起飛時(shí)再打開。這在技術(shù)上基于艦載戰(zhàn)斗機(jī)的折疊機(jī)翼,對(duì)波音是成熟的,只是大大放大了,在波音777的設(shè)計(jì)階段就可供用戶選擇,只是當(dāng)時(shí)用戶都選擇更大的登機(jī)口間隔,機(jī)場(chǎng)費(fèi)用更高,但省卻了維修上的麻煩和可靠性顧慮。最新的波音777X將進(jìn)一步增加翼展,折疊翼再度拾起,最后是否采用還不知道,但技術(shù)不是問題。 更長(zhǎng)遠(yuǎn)地來說,位置上相當(dāng)于上單翼的支架翼還適合配用直徑更大的下一代發(fā)動(dòng)機(jī),或者渦電混動(dòng),甚至液氫動(dòng)力。SUGAR計(jì)劃已經(jīng)有相關(guān)研究,在概念層面解決了這些問題。 TTBW可以解決NMA的航程問題,而NSA可以用下翼位置作為基礎(chǔ),改回重量較輕、設(shè)計(jì)和制造較簡(jiǎn)單、因而成本較低的常規(guī)懸臂下單翼,適合中短航程的需要。為了保持較短的主起落架,發(fā)動(dòng)機(jī)可以考慮安裝在翼上,就像HondaJet一樣,不僅保持了翼下發(fā)動(dòng)機(jī)為機(jī)翼減載的作用,“托住”發(fā)動(dòng)機(jī)的支架后部還可以延展成適當(dāng)?shù)钠帘?,降低?duì)地面的噪聲投影。這樣,NSA和NMA“共用平臺(tái)”的問題就解決了。 這當(dāng)然只是對(duì)NMA和NSA的一個(gè)設(shè)想,可能離最終實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)相距很遠(yuǎn)。然而,NMA是波音很現(xiàn)實(shí)的問題,NSA也是越來越緊迫的問題。長(zhǎng)機(jī)體的A321NEO不僅以4:1的銷量?jī)?yōu)勢(shì)壓倒波音737MAX-9,還有在A320NEO家族里份量逐漸增大的趨勢(shì)?,F(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到30%,預(yù)計(jì)可以超過50%,愈顯波音有效應(yīng)對(duì)的重要性。 NMA和NSA不僅是技術(shù)問題,更是商業(yè)決策問題。作為波音的主要對(duì)手,空客現(xiàn)在的占位很好。A320家族的基本技術(shù)比波音737要先進(jìn)20年,結(jié)構(gòu)更加合理,所以換發(fā)成為NEO立刻就一炮打響。NMA、NSA可能得益的新發(fā)動(dòng)機(jī)也可以用于NEO2.0,在不小程度上抵消來自波音的威脅。在可預(yù)見的未來,空客也沒有NSA的壓力,更換復(fù)材機(jī)翼又可以贏得很長(zhǎng)的第二春,而金屬機(jī)體對(duì)于中短程并不是大問題,復(fù)材機(jī)體的優(yōu)點(diǎn)要遠(yuǎn)程才能顯示出來。在MOM方面,A321NEO和A330NEO從兩頭把MOM區(qū)間占住了。只要有需要,空客還可以進(jìn)一步拉長(zhǎng)A321NEO,更換新的機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī),推出A322NEO。但波音737MAX已經(jīng)沒有這樣的可能了,波音787也缺乏向下與A330NEO競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì),基本設(shè)計(jì)就是為更大、更遠(yuǎn)考慮的。
更加使得波音憂心的是波音與空客的資金周轉(zhuǎn)周期??湛虯320NEO、A330NEO、A350-1000的研發(fā)都已經(jīng)收尾,進(jìn)入生產(chǎn)和盈利階段,2018-19年后就可以騰出手來,應(yīng)對(duì)波音可能推出的NMA攻勢(shì)。甚至可以坐等波音亮出底牌,然后集中力量后發(fā)制人。但波音自己的波音737MAX-10、波音787-10、波音777-8X/9X都在研發(fā)高峰,現(xiàn)有的波音737NG、波音777在靠降價(jià)促銷,以填補(bǔ)下一代投產(chǎn)前的空檔。NMA有任何閃失的話,根本沒有足夠的人力、財(cái)力來擦屁股,而波音在歷史上是不乏閃失的,比如波音787,即使不算“鋰電池門”,也有過折騰的日子。 對(duì)于波音來說,成功的NMA應(yīng)該與NSA接軌,還應(yīng)該處在空客難以輕易反制的位置,這是巨大的挑戰(zhàn)。難怪波音在2017年巴黎航展上雷聲大雨點(diǎn)小,最后關(guān)于NMA只是不痛不癢地發(fā)布了幾句老生常談。對(duì)于中國(guó)來說,C919剛剛起飛,C929還在繪圖板上,但MOM無疑是值得關(guān)注的下一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng),波音對(duì)NMA、NSA的決策終將影響到商飛的下一步。 |
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