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同重量飛機 空中客車性能是否比波音好?

波音在50年代以波音707遠程噴氣式客機為契機,壹舉把因循守舊的道格拉斯從王座上

打了下來。道格拉斯再也沒有恢復過來,先被麥克唐納收並,最後落到世仇波音的籬

下。在歷盡驚險、成功地推出波音747後,波音無可爭辯地登上了民航飛機世界的王位。

在經歷了從彗星式噴氣客機到協和式超音速客機的挫折後,歐洲航空工業的散兵遊勇們

痛定思痛,聯合起來組建了空客。空客的故事充滿了遠見、雄心、艱難和辛酸。空客用

A300進占了中短途寬體市場,A320進占了窄體市場,占領了橋頭堡。隨後,空客開始向

遠程寬體的王座發起了沖擊,從A330/340到A380,前赴後繼,攻城掠地。波音以777、

787和“先進”747發動了帝國反擊戰,空客則進壹步推出A350應對。戰鬥正在白熱化,

鹿死誰手,尚未可知。但這場戰爭的結局將影響未來30年民航工業的走向。

在醞釀A300的時候,空客就對A300的型制和未來的發展作了大量的預研。預研方案中不

光有雙發中程型號,用於中短途高流量航線;還有四發遠程型號,用於取代正在進入退

役階段的波音707、DC-8。經過仔細研究,空客將最初的切入點定為中短途高流量航線。

這是符合歐洲市場特點的:大城市多,對噪聲和汙染控制的要求嚴格,航線距離短,航

班周轉時間短。北美市場也有很大的需求。最後機身長度適中的寬體雙走廊雙發B1方案

獲選,成為最終的A300。A300獲得初步成功後,空客推出了縮短機身的A310,以適應客

流稍小的航線。日後A300也增加了加長的A300-600。空客接下來向更小的波音737、DC-9

的市場進軍,這就是非常成功的窄體單走廊A320。

沖鋒80,波音707的前身

空客對四發大型遠程客機的夢並沒有消逝,但分歧出在先研制雙發的A300的後續機以和

波音767競爭,還是先研制四發大型遠程客機。80年代時,雙發客機仍然受ETOPS(Exte

nded Twin engine OperationS,意為雙發運行)規則限制,在整個航線上不能遠離沿線

的任壹備降機場多於相當於60分鐘飛行時間的距離,以免單發失效時無法安全降落,所

以太平洋上的越洋航線必須用四發。四發除了可靠性較好外,也不需要過分的備用推力

以保證單發失效時仍然能夠安全起飛和降落。比方說,四發的每臺發動機只需要33%的備

用推力就可以補足單發失效時的推力損失,而雙發就需要100%的備用推力才能補足。這

額外的推力在用不到的時候,在重量、耗油和迎風阻力上都是壹個浪費。所以從某種意

義上說,四發耗油、阻力、重量、復雜性、成本上的缺點部分被備用推力要求的下降所

彌補,所以也不是壹無是處的。北美的航空公司強烈傾向於較省油的雙發,亞太的航空

公司強烈傾向於遠程、中程通吃的四發,歐洲的航空公司騎墻,對兩者莫淩兩可,空客

為此左右為難。

轉機出現在空客總設計師Jean Roeder,他提出用同壹副機翼和機身,同時適應雙發和

四發的要求,內側發動機的位置固定,四發的外側發動機為機翼卸載,以適應增大的飛

機重量。這個想法並不像表面上看起來那麽簡單自然。由於機翼設計對整個飛機的氣動

和結構有至關重要的影響,將決定飛機的制造成本和運營效益,長期以來機翼都是為飛

機量身定做的。Roeder的***用機翼是在對氣動和結構的理解已經爐火純青的基礎上提出

的,大大節約了工程開發的成本,也縮短了總的研制時間。於是空客決定用***用的機身

和機翼,同時上雙發和四發的型號。Roeder的機翼在氣動設計上也有獨到之處,在機翼

最厚的的地方稍後開壹道細細的縫隙,使機翼上表面的激波前鋒產生的高壓可以通過這

道縫隙泄放到前下方壓力較低的區域,削弱了激波的作用,減少了升力和阻力的損失。

同時,機翼的襟翼在飛行中可以後退,以改變機翼的弦長和剖面形狀,根據大氣狀態、

載荷和燃油的消耗,優化升力產生的位置,用較簡單的技術達到“任務適應機翼”的效

果。為了適應更重的四發A340的需要,主起落架除了在機身兩側各有壹副外,在機身下

再增加了壹副。對於較輕的雙發A330來說,中間的起落架沒有必要,這個空間就被用來

作為額外的油箱,多載燃料。隨著時間的推移,A340的設計目標也上調,不再以替代波

音707、DC-8為目標,而以DC-10、L-1011和更先進的MD-11為目標。四發首先推出,命

名為A330,雙發壹年後推出,命名為A340。但空客的市場部強烈反對這樣的命名法,指

出要是330是四發,340反而是雙發,肯定要把公眾繞糊塗了,所以還是壹反按時間順序

命名的慣例,後推出的雙發命名為330,先推出的四發命名為340。兩者在1987年的巴黎

航展上正式公布,A340在93年開始投入航班服務,A330在94年也開始投入航班服務。A3

30和A340采用 從A320開始的電傳操縱,三型飛機之間操縱完全相同,飛行員不需額外

培訓就可直接操縱不同的飛機,為航空公司大大節約了飛行員培訓的時間和經費,成為

空客的壹大賣點。A330/340 和320也形成了壹個完整地產品系列,為航空公司使用統壹

的空客產品提供了條件。推出了基本型之後,A330和A340都推出加長型、增程型、貨機

型等,以適應更寬廣的市場需求。

A330/340的故事中,還有壹個有趣的插曲。道格拉斯自從被波音用707搶了先之後,壹

直沒有在民航客機市場翻過身來,67年被二戰中的後起之秀麥克唐納收並後,合組為麥

道。但合組並沒有為道格拉斯的民航機帶來新的生機,DC系列客機依然每況愈下。到80

年代時,麥道已經在世界上到處拋媚眼,尋求合作夥伴,這裏面包括空客。麥道極力遊

說空客的各成員國,要合夥對付“西雅圖的那個大熊”,放上臺面的主要方案就是用MD

-11的機身和A300的機翼,推出壹架雙發寬機身客機。新飛機有壹個名字,叫AM300。但

空客和麥道各懷鬼胎,在三發還是雙發、機身截面寬度(MD-11采用和DC-10壹樣的機身

截面,所以5.64米的A300的機身截面比6.19米的MD-11窄)上雙方都拒絕讓步,最後合

作流產了,空客推出了A330/340。空客的做法對麥道是有點落井下石的,麥道再也沒有

在民航機領域有所作為。美國國會對此惱羞成怒,開始指控空客成員國的不正當補貼,

空客則反唇相譏,指控波音得益於美國的軍購和NASA。雙方都把官司打到關貿總協定去

,並由今天的世貿繼承了下來。這筆官司到現在也沒有打完,不過雙方都正式表示,美

歐之間有太多的政治經濟聯系,不應也不會為此阻礙雙方的合作。看來這就是壹場公關

秀,國內壓力大了,就拿出來演壹演;壓力過去了,就束之高閣,誰也不把它當真的。

A300成功的最大因素有兩個:雙發和寬機身。雙發省油,噪聲低;比波音767寬、比波音

747窄的寬機身既使機艙寬大舒適,又使地板下的貨艙正好適合標準航空集裝箱的形狀和

大小。A330和A340繼承了A300的機身截面,A330加長了機身,增加載油量和載客量,定

位於波音767的高端和波音777的低端之間,適用於北美到歐洲或北美西海岸到東北亞太

平洋沿岸目的地的航線;A340面向遠程民航市場,定位於DC-10、L-1011和MD-11,以及

較早的“經典”波音747(指波音747-300以前的型號)。A340-600在公布時是世界上機

身最長的民航客機,A340-500則是航程最遠,達到15700千米,使空客首次進入了壹直被

波音747-400所把持的超遠程亞太航線,如北美西海岸到澳大利亞或東南亞的航線。這也

是歐洲在戰後首次有了可以挑戰美國在大型遠程民航客機的絕對優勢的資格,盡管還只

是挑戰而已。波音747-400依然穩坐王座。事實上,A340也是到後來才敢於“怯生生”地

挑戰“經典”波音747,從來沒有打算直接和波音747-400競爭。

原創泰坦的戰爭(二) 23 晨楓 2007-04-01 10:29:58

波音當然沒有睡大覺。在歷盡驚險推出波音747後,波音很快著手研制已經陳舊的波音

707、727、737的替代產品。波音用727的機身,配以先進的機翼和雙發,推出了波音7

57,用於取代波音737和727,用於中等流量的中程航線。同時波音推出半寬機身的雙發

波音767,用於在高流量中程航線上和A300競爭。757 和767在83年和82年分別投入航班

服務,從銷售量來說,波音757和767不可謂不成功,757和767在民航界也是率先采用雙

人座艙的,大大節約航空公司的空勤人員開支,但從產品周期和對民航業的影響來說,

這兩姐妹可比沒有碰上白馬王子的灰姑娘,對內夾在747、777和新壹代737之間,對外

也受到A320和A300的擠壓,總是有點灰頭土臉。波音757的尷尬在於737實在太成功了,

新壹代737在載客量和航程上都不遜於757,但經濟性要更優秀。結果,757本來要取代

737,現在反而早早被新壹代737所取代了。

767的優點和缺點都在於半寬機身。相比於747的6.47米、DC-10的6.19米(244英寸)和

A300的5.64米(221英寸),767的4.72米(186英寸)只比707的3.76米(148英寸)寬,

但比其他所有寬機身的客機都要窄。這樣的好處是機身截面小,氣動阻力小(波音估算

可以省油達2%),靠窗或靠走廊的乘客的比例達到80%,不受歡迎的中間座位比較少。

但真正的寬機身的好處也是明顯的:每排乘客量多,同樣兩條走廊占用的“無效面積”

相對較小,機艙側壁更接近垂直,這樣可以避免彎曲側壁對乘客造成的不適,天花板較

高較寬,頭頂上的行李箱比較深而不會被向中間彎曲的側壁吃掉很多有用空間,寬大的

貨艙也容易安排集裝箱和散貨。為了吸引航空公司,波音推出加長機身的767,加長航

程的767也足夠飛諸如溫哥華到北京的跨太平洋航線,但航空公司依然鐘情於真正的寬

機身,波音必須面對現實。

波音在研制767的同時,本來打算在雙發的基礎上研制三發的波音777,用於和DC-10、

L-1011、MD-11那樣的三發寬機身客機競爭,填補767和747-400之間的空檔。利用和767

同樣的機身開發新的777,在技術上風險小,開發成本低,在波音的心目中是少花錢、

多辦事的大好事情。在波音信心滿滿地準備推出時,突然發現應者寥寥。88年10月波音

董事會開會時,不但質問產品開發團隊的短視,還問及還有什麽別的方案。出乎所有人

的意料,波音開發團隊根本沒有考慮過其它方案,而這時空客已經在將A330/340作為壹

個“家族”在成功地推銷了。波音董事會責令產品開發團隊在年底之前壹定要拿出壹個

新方案來。在董事會上備受蹂躪的產品開發團隊痛定思痛,推開所有的定見,從白紙上

重新開始。

失掉先機也有後發制人的好處。86年12月,麥道宣布推出MD-11,87年空客宣布推出A33

0/340。至少波音在重起爐竈時,已經清楚對手的底牌。波音就從這裏入手,放棄三心

二意的半寬機身,做真正的寬機身,比MD-11和A330/340都要寬的寬機身,機身截面達

到6.19米(244英寸)。增大的機身截面除了前面提到的好處外,還是波音第壹次為客

機設計壹個簡單的圓形截面的機身。在此之前,為了使機艙側壁接近垂直,和機艙內便

於乘客直立,機身截面都是“蛋形”的,以在保持機艙高度的同時,減小截面積和迎風

阻力。但這樣壹來,在同樣的截面積下,機身總的“浸潤面積”(也稱“濕面積”)就

大,材料用料多,機身重量大,摩擦阻力也大。采用圓形截面同時解決了這些問題。說

來有趣,這也是波音第壹次在噴氣客機上采用圓形截面。相比之下,A300/330/340都是

圓形截面。波音的第二個重大決定就是要決定發動機布局。波音研究了雙發、三發和四

發。三發需要特別設計的後機身和垂尾,很早就決定不用。四發不僅耗油高、造價高,

而且市場上沒有合適的180kN級的發動機,A340用的CFM56只有135kN級,更大的都太大,

經濟性不好,所以也放棄了。在另壹方面,雙發寬機身在經濟性上的優勢從A300開始就

十分引人註目,波音決定采用雙發。當然,雙發也有雙發的問題,雙發所需要的360kN

級的發動機還不存在,但這是方向所在,波音把賭註下在了這裏。新設計重新啟用777

的名字。

波音在雙發寬機身的基本布局確定後,做了兩件對777計劃的成功至關重要的事:壹是

在777投運之前,就得到ETOPS 180的認證;二是邀請8家主要航空公司參加設計。

波音從767就開始推行ETOPS 120,並向ETOPS 180擴展。ETOPS 120使得波音767可以用

於美歐之間的北大西洋航線,省油的767很快取代了四發的707、DC-8,並開始侵蝕三發

的DC-10和L-1011的市場。然而,ETOPS 180把更為廣泛的亞太市場也打開了,不僅可以

用於亞太航線,也可以用於歐亞航線。過去的慣例是,雙發客機需要相當的安全航班運

行時間才能申請ETOPS擴展,但波音777在壹開始就獲得了ETOPS 180的認證,並獲得FAA

的特別許可,可以在緊急情況下(比如沿途備降機場因為天氣或人為原因而關閉)延長

15%,達到ETOPS 207。這樣,波音777幾乎可以用於全球所有航線,航空公司再也不需要

在雙發的經濟性和四發的遠程性之間猶豫不決了。有了ETOPS 180,波音開始大力推動超

遠程雙發,最終導致波音777-200LR,航程達到17446千米,可以直飛紐約-新加坡航線,

為現在的世界之最。

邀請航空公司參加設計是民航客機設計中的另壹個革命,可以在飛機公司的自以為是和

航空公司的信口開河之間達到壹個實際、有效、經濟的最優選擇。另壹方面,也可以更

有效地勸使航空公司早早下訂單。不過邀請航空公司參加設計是壹個很冒險的舉動,8

個航空公司提出16個相反的建議是完全可能的事情。果然,全日空希望加長777基本型

的機身,損失壹點航程,但適應高密度的日本國內航線需要;國泰希望進壹步加寬機身,

最好達到747的寬度,好為遠程越洋航線的乘客提供更多的舒適;英航要求777的人-千米

運營成本至少要比A330低10%,還要求增加機載自診斷系統,以減少地面維修周轉時間。

聯航(United)的要求最苛刻,要能在投運之初就能從海拔很高的丹佛直飛太平洋中間

的夏威夷,這實際上就是壹投運就要達到ETOPS 180。波音在爭執不休、互相矛盾的用戶

建議中,最後達成了壹個成功的折衷。

波音的另壹個革命性的設計是折疊機翼。波音777的翼展很寬,為了在機場靠上登機口時

節約占地(機場費也可以按照較小的飛機收取),波音提議將777的機翼做成可以折疊的

,就像海軍的艦載飛機在航母上可以折疊起來壹樣。事實上,波音就打算用大大放大的

A-6的機翼折疊機構。但是,這樣要增加機翼的重量,這就意味著要增加油耗;折疊起來

的外翼段也不能用作翼內油箱,用以增加航程。最後沒有壹家航空公司選擇了這個選項,

波音也就悄悄地取消了這個選項。固定的外翼段最後也用於增大的翼內油箱,用於增加

航程。

波音在777上采用了號稱“無紙設計”的全面計算機輔助設計,和計算機輔助制造直接相

連,省卻了大量的模型和匹配試驗。這是制造業的壹場革命。777上采用的通用電氣GE90

-110B和-115B號稱是世界上最大的發動機,直徑比波音737的機身還大。波音也在777上

首次采用電傳操縱,但在控制設計的理念上和空客有所不同。空客的電傳操縱有硬性設

定的安全極限,飛行員的動作超過極限時,控制系統會否決過度的動作,以確保飛行安

全。然而,有時在特別危險的情況下,暫時超越極限是必要的,可以避免撞山或其他危

險情況,只要過後及時恢復就可以了。空客的電傳操縱有很多模式,有的是專用於起飛

、著陸的,有的是專用於巡航的,不能亂用。要是模式用錯了,或者發生了意外,飛控

電腦會否決飛行員的“非法”動作,導致事故。A320的幾次撞山和“降落”進森林而拉

不起來,都是這樣造成的。波音的飛控電腦容許飛行員暫時超過極限,只是操縱桿可以

明顯感覺到超過極限,像汽車進倒檔壹樣,用力拉,就可以拉過極限。由於需要特別用

力,飛行員不會糊裏糊塗地超越極限。壹般認為,這個方式比較好。

A300從來沒有和波音競爭過,A320和波音737、757競爭,但這是半路裏殺出的程咬金,

空客有意,波音無心。A330/340和波音777,這次雙方都是有備而來,真是棋逢對手了。