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Monday, December 19, 2016

波音 797第一次亮相,可承載1000名乘客,外觀霸氣!

耀柱分享
Test flight of the greatest plane ever, the Boeing 797!
It is a double decker single winged plane!

波音797測試飛行有史以來最偉大的飛機
它是一個雙層單翼飛機





影片/取自YouTube如遭刪除敬請見諒 

波音797將成為波音公司未來的旗艦產品。但是所謂的797僅是人們的猜想和預估,目前官方並未透露有關信息。797客機的三角機身可以乘坐大約1000人。波音797噴氣客機它的“機體和機翼混為一體”的結構與B-2轟炸機采用的結構十分相似,使客機形式完全改觀。797的翼展265英尺(80.772米),747211英尺(64.313米),是規劃中未來最大客機。波音797機翼機體混合結構有幾大優點,最主要的是“提升比”大大提高達50%,機身重量可減少25%,因此燃油效率比A380提高33%。高強度機體是797機翼機體混合式結構的另一主要優點,它可以減少空氣紊流對機體的壓力,提高燃油燃燒效率,致使797能在滿載1000名乘客的負荷下續航能力16000公里,速度達到0.88馬赫即每小時 935公里。無疑是未來客機強大的競爭者。

BOEING 797的巡航速度 935km/h 最大巡航 935km/h 競爭對手 空客A380 替換機型 波音747-400,采用三發渦扇發動機。


首先,這款客機不是B797,這只是波音對下一代客機的技術驗證機(而且這些圖也只是PS出來的想象圖)。這款飛機最大的特點就在他的經濟型。現在代表飛機升阻比最佳的飛機是B787,因為采用了超臨界翼型,使飛機的升阻比達到了25,這也大概是常規布局的極限值。而大面積地采用翼身結合體可以使飛機的升阻比達到40,相當於節省了40%的燃油。這款飛機的初期定位是遠程客機。但未來肯定會延展到運輸機與軍機。波音說大概會在20202030年投入使用。但按一般波音的推遲方法,我估計得2030年以後才能大規模使用。現在還處在總體設計階段。


前段時間,波音新研制797新型客機的圖片在網絡瘋傳,網絡媒體說它:有如同“蝙蝠”形狀的巨大機體,據傳797最多可乘坐1000人,飛行距離1.6萬公里,速度達到0.88音速。這種“機體和機翼融合成為一體”的飛翼式氣動外形結構,可以說是民航飛機誕生以來的一次革命,有的評論甚至認為其“有望成為未來100年飛機市場的主宰”。


其實采用飛翼結構的飛行器在航空界不是什麽秘密,科學家和航空工程師們在二戰前後就有很多嘗試。但受當時的飛行控制技術和航空材料技術水平限制,加上計算機技術還沒有出現。飛翼式飛機或飛行器由於飛行過程中的飛行狀態難於通過人工或機械方式進行良好的控制,容易出現各種飛行不穩定的狀況,嚴重的甚至導致機毀人亡。因此,盡管理論上飛翼式飛機或飛行器有很好的升力特性等優點,但一直沒有得到有效的應用。近幾十年來,隨著飛行電傳操縱控制技術的提高和高性能計算機的出現、以及碳纖維等高強度航空材料、複合材料的不斷發展,飛翼型的飛行器已經在軍用和無人控制飛機領域得到很多成功應用,典型代表就是美國的B-2隱形轟炸機和RQ170型無人偵察機。

當飛機進入噴氣時代後,航空專家和航空愛好者都期待商業民用的飛翼型客機能盡早進入民航市場,但都沒想到這一天將會這麽快到來,畢竟軍用和民用飛機的差別還是很大的,此前也沒有此類飛機進入研制階段或能夠成功試飛的消息。類似797飛翼型客機這樣的氣動外形,不論對民航飛機的結構材料或是飛行控制技術都是全新的挑戰,由於並無成功的先例可循,即使對波音公司這樣的巨無霸,能否研制成功都有很大挑戰性和冒險性。因為對於民航飛機來說,安全性、可靠性永遠是第一位的。


此次波音飛機公布飛翼型的797大型民用飛機的實驗樣機飛行圖片,某種程度也標誌著美國波音飛機將力圖重新奪取大中型民航飛機市場上被空客A380飛機搶去的頭把交椅地位,並將力圖重塑中遠程民航飛機制造商的王者地位。同時,797的出現也進一步表明,全世界包括中國的高速鐵路生產商在內的所有中遠程高速交通運輸工具制造商,不要奢望有任何陸路運行的高速交通工具能夠與航空民用飛機爭奪高速運輸市場的可能。


相對於中國近年來政府巨額投資建設的高速鐵路,在運營後都出現了巨大的財務虧損,社會效益也遠不如期待。商業化程度要更高得多的中國民航業一直保持較好的發展勢頭和維持不錯的利潤(盡管國內的三大航空公司的利潤在相當程度是壟斷和排斥國內外廉價航空公司進入國內航空市場或熱門航線取得的),國內很多票價高昂的熱門航線目前也依然一票難求。


同時,波音797的即將問世,也更加表明,美國人和西方國家政、經、商、學、媒界忽悠中國人不計成本、不考慮實際需求的濫建高鐵,是個誘導中國人將寶貴而有限的資金、科研人才力量、時間和精力投向一個低效而入不敷出無底洞的陰謀。也進一步證明,相對於國產航空業艱難地引進發達國家先進航空技術到中國,為何鐵路系統能夠較輕易的獲得某些高速鐵路技術和高速磁懸浮列車技術的原因。


我們都知道飛機是重於空氣的飛行器,在了解飛機升力和阻力的產生之前,我們還要認識空氣流動的特性,即空氣流動的基本規律。流動的空氣就是氣流,既一種流體。根據空氣流體力學的連續性定理和伯努利定理的定義,流體的連續性定理:“當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時,由於管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來,因此在同一時間內,流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的”。 伯努利定理: “流體對周圍的物質產生的壓力與流體的相對速度成反比。” 任何飛行在大氣層中飛行的飛機,理論上都遵循這兩個定理。


目前傳統氣動外形飛機的升力絕大部分是由主機翼產生,尾翼通常產生負升力,飛機其他部分產生的升力很小,一般不考慮。當空氣流到主機翼前緣,分成上、下兩股氣流,分別沿機翼上、下表面流過,在機翼後緣重新匯合向後流去。根據連續性定理和伯努利定理,機翼上表面比較凸出、呈弧形,當氣流流過時,流經的路徑長,流管較細,流速加快,壓力降低。而機翼下表面相對平直,氣流受阻擋作用,流管變粗,流速減慢,壓力增大。於是機翼上、下表面出現了壓力差,垂直於相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力。重於空氣的飛機借助機翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力,從而飛翔在天空中。


傳統的民航飛機的機體機構一般由圓柱形或橢圓柱形的機身、兩隻長而寬大的主機翼、兩個水平尾翼、一個垂直尾翼和24個發動機構成。其中兩只主機翼提供飛機飛行所需要的絕大部分的升力,其他部件提供的升力很少,幾乎可以忽略不計。目前絕大多數民航飛機的圓柱形或橢圓柱形的機身不能提供飛行所需的升力。


飛機氣動外形的好壞,基本上可以通過其外形看得出來,航空專家們說:“一架外形漂亮的飛機通常就是好飛機”。如果某架飛機的氣動外形非常好,飛行員駕駛時通常就會感到非常得心應手。如果某型飛機得到“整架飛機氣動外形就像一個大的飛機機翼”的時候,可認為是對一架飛機氣動外形的很高評價。而波音797的氣動外形從空氣動力學上看就是這樣一個大的機翼。


波音797的整體飛翼型氣動布局,完全突破了以前的所有民用航空器的氣動布局,將民航飛機的設計和使用帶入一個全新的時代。


我們從飛機的飛行原理得知,現有的民航飛機的圓形或橢圓形機身因為外形的原因是不能在飛行過程中提供升力的。但波音797的飛翼布局完全改變了這一趨勢,它的設計使機身與機翼平滑的連接成為整體,整架飛機的側視圖與普通飛機的主機翼側視圖沒有太大的差別,機身上表面成弧形,下表面相對平直。當飛機飛行的時候,氣流流過彎曲成弧形的機體上表面與機體相對平直的下表面時,也能產生的壓力差,提供向上的升力。這樣的獨創設計使整個機體能夠像傳統氣動布局飛機的主機翼一樣在飛行中產生巨大的升力。從而使得797飛行時提供升力的面積,由目前普通民航飛機的兩只主機翼變成包括飛機機身在內的整架飛機機體。有國外的研究表明,在相同的發動機推力和同樣的飛行負荷下,類似797這樣整體飛翼式氣動布局的飛機與傳統氣動布局的民航飛機相比,飛翼式飛機或飛行器在同樣的飛行距離中,可以比後者節約35%50%的燃油,可以縮短25%35%起降滑跑距離。另外,797飛機翼身一體的氣動外形也有助於減少飛行在空氣中會產生的各種阻力。


由於航空公司運營成本的45%60%是燃油費用,如果一架大中型民航飛機在搭載相同乘客的一次飛行中可以比原來降低35%50%的燃油消耗,幾乎意味著分攤到每張機票的成本可以在原有基礎上降低20%30%,這是相當巨大的一個進步。如果797能夠成功的完成所有測試進入商業應用階段,全球的航空公司和飛機制造商受到類似797氣動外形民航飛機所具有的良好節能效果與低成本飛行所帶來的利潤刺激,無疑將競相購買或研制各種大中小型、幹線或支線飛翼式民航飛機,此類飛機也將有巨大的市場前景。由於目前國外廉價航空公司的機票價格與同等運輸距離的高鐵票價已經相差無幾,有的甚至更低,民航飛機的運輸速度卻是高鐵的23倍。而高鐵的票價由於其高昂的建造和運行成本,基本已經沒有下降的空間。在運輸速度遠低於對手的情況下,同等區間和距離內飛機的機票如果再降低20%30%,對高鐵的打擊無疑將是致命性的。


目前的民航飛機已經將節能環保要求逼近設計制造能力的極限,如A380在更大範圍內采用了複合材料,改進了氣動性能、飛行系統和航空電子設備,飛機約25%由高級減重材料制造,其中22%為碳纖維增強塑料(CFRP),3%為首次用於民用飛機的GLARE纖維—金屬板。A380還首次采用了複合材料制成的中央翼盒,這一部件是連接機翼與機身的非常重要的主體結構。此外,A380還首次在後壓力艙後部的後機身采用了複合材料。除複合材料外,A380還大量采用了先進金屬材料,這些材料提供的好處包括操控可靠和易於維護。每一種材料都將根據不同部件預計將承受的負荷、壓力和損壞程度而優化使用。 波音787的新材料使用率更是達到驚人的地步:使用物料(按質量):61%複合物料(碳纖維),20%鋁,11%鈦,8%鋼。按體積,占787全機物料的80%均為複合物料。


現在已經處於商業應用階段的新一代大中型民航飛機為了節能普遍都采用高效率、大推力渦扇噴氣發動機為動力,大的載客量設計。A380按其全經濟艙布置,載客量將為853人。A380的單人每百公里燃油消耗量已經低於3升,這個比例已經相當於一輛經濟型家用汽車在同等行駛里程的人均燃油消耗數值,而A380飛機的速度是普通小轎車在高速公路行駛時速的810倍,是高鐵的34倍。而波音787的單位節油性能數據則比A380還要更低。797的人均里程單位燃油消耗量估計將比787A380的油耗降低30%40%以上,既幾乎肯定低於2/單人每百公里燃油消耗量。


由於飛翼結構提供給飛機巨大的升力,使飛機不僅在的能方面有巨大的飛躍,對提高飛行的可靠性、安全性和降低機場硬件條件方面也有重要意義。


我們知道,機場的建設是航空交通運輸設施的重要方面,跑道的長度是機場的關鍵參數,是機場規模的重要標誌,它直接與飛機起降安全有關,設計跑道長度主要是依據預計使用該機場飛機的起降特性(特別是要求跑道最長的那種機型的構形和性能特點)。飛機起降質量與速度小,通常意味飛機需要更短距離的跑道,建設機場的成本更加低,對土地的占用更少,對機場的凈空環境要求更小。


目前民航飛機的起飛速度在200-300公里/小時。比如: 747的進場速度約為270公里/小時。 超音速協和客機的起飛速度約為320公里/小時。安-26的起飛速度為200公里/小時,著陸速度為190公里/小時。


因為飛翼結構提供給飛機巨大的升力,相同發動機推力和起飛質量的飛翼式氣動外形結構的民航飛機或飛行器的起降速度,將比采用傳統氣動布局、類似型號的民航飛機的起降速度降低25%35%左右。起降速度的降低可以給飛行員和飛機的飛行系統和航空電子設備無論采用自動或手動控制起降模式,均能提供更多的判斷、反應和處理時間,讓起降過程變得更加平穩和安全。


采用飛翼式結構飛機由於升力特性好,將可以用較低的飛行速度飛行而不會導致失速。即使飛機發生故障不能正常著陸,也可以讓飛機駕駛員用更低的速度、更多的時間進行迫降或減低飛機迫降時著地的沖擊力,讓機上人員有更多的生存機率。


飛翼式結構民航飛機的氣動布局也能降低傳統民航飛機起降時遇到側風和不穩定氣流對飛行安全的影響。同時,其發動機置頂、置尾的氣動布局也使飛機在起降過程時不易吸入跑道的塵土、沙石或其他異物,有助於延長發動機的使用壽命,飛機也能夠在條件更簡陋的機場起飛和著陸,使飛機和機場維護工作更加簡易,降低維護人員的勞動強度和時間。

由於797飛機飛翼式氣動布局的帶來的民航革命,有評論認為:這種“機體和機翼混為一體”的結構,完全顛覆了現有客機構架,有望成為未來100年飛機市場的主宰。


現在對於797的問世,相關說法還有很多,有人認為它將是空客A380的終結者。也有人認為:多年前波音就已秘密啟動研制計劃,但一直對外界進行了嚴格的保密,除了保護商業秘密的原因外,還與近來由於空客A380的風頭已經壓過所有型號波音飛機,空客與歐盟在碳排放導致全球變暖等話題取得的主導權和清潔能源標準制定的領導地位有關。同時,也是外界對美國經濟發展前景和美元霸權產生質疑的背景下,被適時披露出來的。其目的就是要外界保持對美國國力和科技創新能力的信心,保持美國的全球霸主地位。


可以預料,797將帶來的民航革命。如果797 完全定型後正式進入民航商業市場,世界幾乎所有國家的各型民用航空器可能將會主動或被迫模仿或“山寨”其氣動外形設計,以免自己被激烈的市場競爭淘汰。因此,建議國內的航空科研機構、飛機制造廠商和其他航空設備制造商應該立即著手進行相關研究,力爭“山寨”成功其氣動外形和掌握其控制原理、技術,讓中國的民航業也能使用自己高效節能的各型國產民航客機。

汽車工藝師 
             

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