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四十而不惑——波音747

发布时间:2013-05-05  原作者:晨枫   点击数:

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  波音 747 四十岁了!1969 年 2 月 9 日,航空史上一代传奇波音 747 首飞成功,开创了民航的宽机身时代。近 40 年来,波音 747 作为世界最大客机的王位一直不可动摇,直到 A380 在 2007 年 10 月投入新加坡航空公司的航班服务,才恋恋不舍地把王冠交出。

1969 年 2 月 9 日,波音 747 首飞成功,开创了一个 40 年之久的传奇

  在美国历史上,有“呼啸的二十年代”的说法,火爆的经济和高涨的人气使二十年代成为三十年代大萧条前华丽的闪光。对于航空技术来说,60 年代也是呼啸的年代,大跃进式的疯狂将超音速带入了民航。但由于油耗和噪音等原因,超音速客机的热潮像五分钟热度,来得猛去得快。图-144 只经过短暂的航线运行就撤出了航班服务,美国的 SST 计划的口气比力气大(三倍音速,200 座以上的容量),最终嘎然而止,只有协和式惨淡经营了 30 年。

  另一方面,美国空军在 1963 年启动巨型运输机 CX-HLS 计划,要求新一代运输机的最大载重达到 80 吨以上,载重 52 吨时航程达到 9,200 公里以上,大大超过刚开始服役的 C-141 的能力上限。波音、洛克希德和道格拉斯最终获得资格竟标,通用电气、普拉特惠特尼获得对发动机的竟标资格。

波音的 CX-HLS 方案,日后成为波音 747 的基础

洛克希德的 CX-HLS 最后入选,日后成为 C-5“银河”式运输机

首尾可对穿装卸是 CX-HLS 的重要要求,不对穿装卸时,也可以从两端同时装卸,装卸速度加倍。人们正在从大开的艏门登机参观,尾门的“蚌壳门”已经向两侧大开,但尾跳板被机翼挡住了,看不见

  CX-HLS 明确要求可以从机头到机尾“对穿”装卸,便利机动车辆的上下。为了满足这个要求,波音、道格拉斯和洛克希德都把驾驶舱移到机舱天花板以上,以容纳机艏门。道格拉斯在机身以上设计了一个战斗机座舱一样的驾驶舱,洛克希德则是从高置的驾驶舱后拉出一条和机舱平行的长长的机脊,一直延伸到垂尾,这也作为上单翼的安装点。波音则取两者的折中,大大加大道格拉斯的机顶驾驶舱,但没有像洛克希德一样一直延伸到垂尾。洛克希德最后赢得竟标,推出 C-5“银河”式运输机,至今依然是美国最大的军用运输机。

  在波音还没有落选的时候,泛美总裁胡安·特里普(Juan Trippe)已经看到了机会。大多数国家都有一个代表国家的航空公司,容许在飞机上使用国旗标识。对于美国来说,只有泛美还接近这个称号,泛美之后,再也没有一家美国航空公司可以号称代表美国了。特里普的远见是传奇性的,在 30 年代,他就一手促成查尔斯·林白的历史性的跨越大西洋的单飞。60 年代民航客运流量急剧增长,预计涨势将持续到至少 70 年代,波音 707 一级的客机已经不能适应需要,即使加长 707 也很快就将不能满足需要。特里普大胆地向波音建议,将波音的 CX-HLS 方案改成大容量远程客机,用空前的低票价、高运能、大航程抢占正在迅速扩展的越洋民航市场。波音有意将落选的波音 CX-HLS 改进用于方兴未艾的民航货运,两家一拍即合,特里普当场拍下 5.25 亿定金,订购 25 架。这就是波音 747 的开始。

年青时的胡安·特里普还是一个小帅哥呢,他在 30 年代曾买下中航(China National Aviation Corp),经营中国国内航线

特里普促成了林白的跨大西洋不着陆单飞,这是航空史上里程碑式的举动。这是特里普和林白在一起

开辟迈阿密航线时的留影,从左到右:格兰·寇蒂斯(航空先驱),贝蒂·特里普(特里普夫人),安·林白(林白夫人),查尔斯·林白,机长 Edwin Musick,胡安·特里普

这家伙正在盘算他的全球帝国呢

  泛美作为波音 747 的催生者,对波音 747 的设计有着决定性的影响,至今没有任何单一的航空公司对任何一架主要的民航客机的设计有如此之大的影响。1966 年 4 月 13 日波音建立 50 周年的时候,泛美的 5.25 亿合同正式签订。特里普称这是“人类历史上最强大的和平武器,将和洲际导弹一样进入文明的史册”。这是当时历史上最大的一笔客机采购,但特里普也不是一盏省油的灯,拍下 5.25 亿,要求波音在 1969 年底之前交货,波音只有三年时间,实际设计时间只有 28 个月。这就是说,波音要在这段时间里完成全新飞机的设计、新总装厂的筹建、试飞和 FAA 验证。这是史无前例的疯狂,至今没有人超过这样的野心。波音 747 的经济性比 707 要改善 30%,不光大大降低旅行成本,也大大拓展了潜在的市场。泛美的对手们无法坐视泛美的领先,蜂拥表达订购波音 747 的意向,波音 747 还没有问世,就已经成为一个销售上极大的成功。

  但是,牛皮不是吹的,波音必须拿出真家伙来,否则热空气吹出来的气球,毕竟只是气球。波音承受住空前的压力,以比波音 707 更大的疯狂,将公司的命运押在波音 747 上。

  在超音速民航的热浪尚未褪去的 60 年代,波音是把波音 747 作为超音速客机全面取代亚音速客机前的临时填补来设计的。波音 747 作为客机的长寿是波音始料未及的,所以波音最初是把波音 747 按货机设计的,日后亚音速客机不再有市场时,可以容易地转为货机,运载刚开始流行的航空集装箱。CX-HLS 的机首球锥本来就是一个可以整体向上掀起的艏门,用作客机时,当然就简化成固定的机首球锥了。为了保持货舱的畅通和完整,驾驶舱依然保持在“二层楼”,形成波音 747 特有的“驼背”形状。

为了便于改装成货机和使用艏门,波音 747 的驾驶舱设在“二层楼”,形成特有的“驼背”。这是第一架波音 747 安装完毕,首批航空公司的标识都涂在机头两侧,各航空公司的空中小姐穿上五颜六色的制服和新飞机一起照一张公关相

  CX-HLS 是军用运输机,自然是上单翼,翼吊发动机既便于维修和对机翼卸载,又离地有一点距离,不至于在起飞着陆时吸进砂石。机身的多轮起落架减轻对地面的压力,有利于在野战机场起落。但作为民航客机,波音 747 要改成下单翼,采用较轻的前三点起落架。下单翼也可以遮蔽一点发动机噪声,改善机舱内的舒适性。下单翼离地面近,还可以利用一点地面效应,增加起飞时的升力。但上单翼改下单翼可不是把机翼搬一个地方那么简单,波音最后基本上全新设计了机翼,只是在设计原理和制造技术层面上可以和 CX-HLS 共享。

  为了大大增加每排的座位数和减少旅客上下飞机的不便,波音从一开始就打算采用双走廊,双走廊日后成为所谓“宽机身”客机的标志。波音原先打算直接用 CX-HLS 的机身,全长双层,上层 7 座双走廊,下层 8 座双走廊。但 FAA 对紧急疏散规定的要求不能满足,最后只好放弃上层,而加宽下层到 9 座双走廊,最终进一步加宽到 3+4+3 的 10 座双走廊。几十年后,A380 的双层设计也遇到同样的问题。但为了便于改装成货机,波音还是保留了上层的驾驶舱。不过在一开始,波音对驾驶舱后半到底干什么用没有底,开始时,这里只是用于头等舱的酒吧,后来才开始改作载客的。这倒不是波音不懂得如何增加为航空公司赢利的座位,依然是紧急疏散的要求所决定的。

波音 747 的上下两层为多载客提供了可能,但波音不是一开始就把上层用于载客的

早期波音 747 上下层之间的楼梯是螺旋形的

在没有解决上层旅客的经济疏散问题之前,上层被用作头等舱的酒吧和休息室

当然,腐朽糜烂的资产阶级光有上层还不够,下层也一起用上了,不过这样对航空公司的赢利座位的挤占很厉害

  FAA 要求任何客机的所有旅客必须在 90 秒内全部安全地疏散离机。波音招集了 560 名志愿者,但第一次试验时,用了两分半钟才疏散完毕,一些参试人员还受了伤。后续试验总算达到 90 秒的要求,但有更多的人受伤。更糟糕的是,上层的旅客是身穿吊带用滑轮放下来的,很不实用。紧急疏散的问题用了很久才解决,增加紧急疏散口,改善疏散路线,上下层之间不用盘旋楼梯,改用加宽的直楼梯,这些措施最终解决了紧急疏散问题。

  波音在设计中首创了故障树(Fault Tree)方法,确保单一系统或者部件故障不至于导致全面故障。波音还大量采用了冗余系统,四台发动机分别驱动一套四余度操纵系统中的一套,所有控制面都分段,保证有足够的备用,这些措施极大地提高了系统可靠性。先进增升装置的大量采用更使得波音 747 可以在标准长度的跑道上起落,两两成对的主起落架在只有对角的两组还能工作时也能安全着陆。

  但波音 747 设计中,最大的问题还是来自发动机。如果用波音 707 或 B-52 上用的涡喷发动机,波音 747 至少需要 8 台发动机,系统的复杂性和油耗都受不了。特里普对 C-5 上用的通用电气 TF39 大流量比涡扇发动机的低油耗、大推力非常感兴趣。通用电气首创大流量比涡扇,但正忙于将 TF39 和 C-5 整合,没有多余的精力来顾及波音的需要,以 TF39 为基础的 CF6 要到很多年以后才可供波音 747 使用,罗尔斯·罗伊斯的 RB211 和后来的 Trent 系列是更后来的事了。在 CX-HLS 的发动机竟标中落选的普拉特·惠特尼乘虚而入,奉上在 CX-HLS 竟标中落选的和 TF39 同级的 JT-9D。问题在于 JT-9D 是全新的发动机,直到波音 747 样机制成还没有试飞过。TF39 也是全新的发动机,但空军对技术风险的承受能力和认证要求和民航完全不同,这个差别最终给波音 747 计划带来了极大的风险,波音为此几乎砸锅,不过这是后话。

  波音 747 的尺寸空前巨大,在当时的民航客机中,尺寸连接近的都没有。机舱宽度几乎是 707 的两倍,机舱内的空气就有一吨重!波音 747 对世界各地的机场跑道和登机设施带来很多问题,这些问题在今天 A380 问世时又来了一遍。但对波音来说,最大的问题是生产设施,波音在 Renton 的工厂不够大,于是在华盛顿州靠近军用的佩恩机场(Paine Field)的 Everett 另建了一个世界最大的飞机总装厂。即使不算 Everett 后来为 767 和 777 的生产扩建的部分,Everett 的厂房体积至今仍然是世界最大,35 米高,近 40 万平方米占地面积。沿厂房绕一圈的长度超过 8,000 米,相当于穿越 75 个美式橄榄球场!但是 Everett 的厂房建设速度还是赶不及波音 747 计划疯狂的进度,第一架波音 747 是在没有封顶的厂房里完成的。

波音 747 和波音 707 停在一起,可以清楚地看出两者尺寸的差别

波音 747 的什么都是大,特别宽大的机舱是吸引旅客的最重要因素

普拉特·惠特尼 JT9D 发动机也是当时最大的

制造波音 747 的厂房也同样巨大,这是还在 1967 年 4 月造厂房的时候。厂房在 1980 年为波音 767 的制造扩建过,在 1993 年为波音 777 再次扩建

这个分段截面显示了货舱、客舱和起落架的位置,那么大的起落架的收起位置是一个不大不小的问题

四组主起落架中只要有对角的两组还能正常工作,就可以安全降落

还在制造中的波音 747 清楚地显示了两层地板的截面

  与此同时,波音进行了大量地面试验。波音 747 的驾驶舱远远高于同时代的其他客机,机头锥对地面视界的遮挡和地面操控需要试飞员的意见才能决定。首席试飞员 Jack Waddell 设计了一个试验平台,将一个模拟的波音 747 驾驶舱安装在大卡车的顶上,用作地面滑行和操纵试验。人们将这个模样古怪的东西戏称为“Waddell 的大车”(Waddell’s Wagon)。

  在 5 万波音人疯狂地赶工 16 个月之后,第一架波音 747 在 1968 年 9 月 30 日成功地下线了(roll out),但是 JT-9D 发动机还没有试飞,波音不敢将波音 747 首飞,一直到 1969 年 2 月才进行了第一次首飞。在波音首席试飞员 Jack Waddel 的操纵下,日后被人们称作珍宝机(jumbo jet,英文意思是巨无霸飞机,而不是中文中“珍宝”所表征的精巧的意思)的波音 747 凌空跃起,满载着波音和航空公司的希望,飞入西雅图的蓝天。

1968 年 9 月 30 日,第一架波音 747 正式下线

在波音首席试飞员 Jack Waddell 的操纵下,于 1969 年 2 月 9 日首飞

  试飞表明,波音 747 的操控性能优良。试飞本身进行顺利,但问题接踵而来,最大的问题还是发动机。在 10 个月的试飞中,发动机故障 87 次,更换发动机 55 台。这显然是不可接受的。发动机的问题使 20 架已经完成的波音 747 没有发动机可安装,但波音依然把一架波音 747 送到 1969 年的第 28 届巴黎航展展出,引起了轰动。在普拉特惠特尼作了大量昂贵的修改后,波音 747 终于在 69 年 12 月通过 FAA 验证。

  发动机问题初步解决了,其它问题并没有远去。波音为波音 747 计划灌进了 7 亿 5 千万的巨资,公司已经倾家荡产了。但波音 747 的航程比预计的短了 7%,加上其它种种初期设计和质量问题,泛美威胁要在每架波音 747 上扣押 5 百万美元的付款,直到所有问题全部解决。经过艰苦的谈判,泛美最后同意将扣押金减到 2 百万。更糟的是,70 年代初,波音遇上了财政上的严重困难,波音 747 研制的结尾全靠向银行借债才能付账,一旦银行停止借贷,波音就要立刻破产。NASA 的阿波罗登月计划开始收尾,波音的一大财源断流了。波音的“主力”客机计划 SST 因为野心过大和环保上的限制,其拨款被国会中止,也只有下马。

  但是波音挺了过去,1970 年 1 月 15 日,第一架波音 747 交付泛美,被命名为“美国青年快船”(Clipper Young America)号,以继承泛美用 19 世纪风帆时代驰骋于太平洋上的快船命名飞机的传统,时任总统尼克松的夫人帕特尼克松亲自出席命名仪式。仪式没有用传统的香槟酒,而是用红白蓝三色的水洒向崭新的飞机,红白蓝是美国国旗的颜色。不过第一艘波音 747 快船的命运比较坎坷,不到一年就成为历史上第一架被劫机的波音 747,在 1970 年 8 月 2 日被劫到古巴去了。泛美为了改改运气,事后重新将这架飞机命名为“维克托快船”(Clipper Victor)号。但重新命名没有改变命运,1977 年 3 月 27 日,这架飞机在加勒比海中加那利群岛坦纳里夫(Tenerife)的洛斯罗迪奥斯机场和荷兰航空公司的一架波音 747 在地面滑跑中相撞,两架飞机上共 583 人丧生,成为历史上最大的空难事故。可巧,出事时,机长的名字也叫维克托,但这是以后的事了。

尼克松夫人帕特·尼克松参加了第一架泛美波音 747 的交付仪式,她的“大菜花”发型对于 70 年代的中国人是一个熟悉的形象

但这第一架波音 747 的命运不大好,日后成为历史上最大空难的牺牲品,这是 Tenerife 空难的合成图片,显示当时的情景

生存者绝望地看着剧烈燃烧的残骸 荷航的波音 747 只剩下这么个骨头架子了

  波音 747 计划严重超支,初期的问题又使航空公司的大宗订单姗姗来迟。70 年代初,美国经济被越南战争严重拖累,陷入一场经济衰退。73 年的石油危机更是对民航业和所有经济领域是一个重大打击。波音 747 的经济性只有在满载的情况下才能体现出来,上座率 70% 时,耗油率只下降 5%,加上高昂的初始购置成本,经济性的优点就荡然无存了。很多航空公司转向较小也较省油的麦道 DC-10 和洛克希德 L-1011,甚至更小的飞机,美航(American Airlines)拆除部分座位,放上大钢琴,但还是吸引不了足够的旅客,只好在 1983 年跟泛美用波音 747 换小飞机。达美(Delta Airlines)也把波音 747 停飞了好几年。波音曾经连续 18 个月没有卖出去一架飞机,眼看就要撑不下去了。仅在 71 年初到 72 年下半年之间,波音就一气裁员60%以上。西雅图地区风声鹤唳,人人自危,更有好事者在通往西雅图的高速公路上竖起标志:“最后一个离开西雅图的人,请把电灯关掉”。

石油危机泰山压顶之际,小一点也省油一点的三发麦道 DC-10 就比更大的波音 747 吸引航空公司

洛克希德 L-1011 也来凑热闹,增加了波音 747 的压力

这就使那个著名的标牌:“最后一个离开西雅图的人,请把电灯关掉”

  但波音最终挺过了最艰难的时光,第一代波音 747 成为波音 747-100,最终以巨大的载客量、超长的航程和较高的巡航速度(比 707 更快),很快成为民航界的“身份”的象征,成为各国航空公司中无可争议的旗舰,用于高流量或需要“为国争光”的航线。小一点的航空公司即使旅客流量不足以支撑波音 747 的使用,也采用客货混和型波音 747(波音 747 Combi),既赢得了面子,又可用来载运一些货物,贴补一点运营费用,一举两得。各国机场虽然需要大量改造,以适应波音 747 的停机、加油、备件、上下客甚至行李处理的需要,但能够接受波音 747 也成为机场和所在城市身份的象征,波音 747 带来的“更舒适、更便宜、更快捷”也吸引了更多的旅客,增加机场的收入和所在城市的显赫。

  在波音 747-100 还没有首飞时,波音已经在 1968 年推出 -200,加大了发动机的推力,增加了载客量。波音还在 -100 的基础上发展了波音 747SR,用于短程高密度航线,还有缩短机身的波音 747SP,用于超远航程航线。

  1980 年,波音进一步推出波音 747-300,并于 1983 年投产。和 -200 相比,-300 的上层加长了,增加了座位数,可以按头等舱的 2+2 或者经济舱的 3+3 座位布置,上下层之间的楼梯也加宽拉直,便于旅客上下,也为了符合紧急疏散的要求。另一方面,为了和麦道 DC-10 和洛克希德 L-1011 竞争,波音试图研制三发的波音 747-300,尾发将和 L-1011 相似,采用 S 进气道。但初步工程分析发现,垂尾的重新设计工作量太大,少了两个发动机卸载的机翼也要重新设计,事倍功半,最后放弃了。

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