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泰坦的战争——波音与空客大型客机之争

发布时间:2013-05-05  原作者:晨枫   点击数:

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  波音当然没有睡大觉。在历尽惊险推出波音 747 后,波音很快着手研制已经陈旧的波音 707、727、737 的替代产品。波音用 727 的机身,配以先进的机翼和双发,推出了波音 757,用于取代波音 737 和 727,用于中等流量的中程航线。同时波音推出半宽机身的双发波音 767,用于在高流量中程航线上和 A300 竞争。757 和 767 在 83 年和 82 年分别投入航班服务,从销售量来说,波音 757 和 767 不可谓不成功,757 和 767 在民航界也是率先采用双人座舱的,大大节约航空公司的空勤人员开支,但从产品周期和对民航业的影响来说,这两姐妹可比没有碰上白马王子的灰姑娘,对内夹在 747、777 和新一代 737 之间,对外也受到 A320 和 A300 的挤压,总是有点灰头土脸。波音 757 的尴尬在于 737 实在太成功了,新一代 737 在载客量和航程上都不逊于 757,但经济性要更优秀。结果,757 本来要取代 737,现在反而早早被新一代 737 所取代了。

波音 767 的优点和缺点都在于半宽机身,但 A300/330 基本上扼杀了波音 767 的市场,现在只有看美国空军的加油机项目是不是最后能够落实,否则只有停产了

  767 的优点和缺点都在于半宽机身。相比于 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)宽,但比其他所有宽机身的客机都要窄。这样的好处是机身截面小,气动阻力小(波音估算可以省油达 2%),靠窗或靠走廊的乘客的比例达到 80%,不受欢迎的中间座位比较少。但真正的宽机身的好处也是明显的:每排乘客量多,同样两条走廊占用的“无效面积”相对较小,机舱侧壁更接近垂直,这样可以避免弯曲侧壁对乘客造成的不适,天花板较高较宽,头顶上的行李箱比较深而不会被向中间弯曲的侧壁吃掉很多有用空间,宽大的货舱也容易安排集装箱和散货。为了吸引航空公司,波音推出加长机身的 767,加长航程的 767 也足够飞诸如温哥华到北京的跨太平洋航线,但航空公司依然钟情于真正的宽机身,波音必须面对现实。

  波音在研制 767 的同时,本来打算在双发的基础上研制三发的波音 777,用于和 DC-10、L-1011、MD-11 那样的三发宽机身客机竞争,填补 767 和 747-400 之间的空档。利用和 767 同样的机身开发新的 777,在技术上风险小,开发成本低,在波音的心目中是少花钱、多办事的大好事情。在波音信心满满地准备推出时,突然发现应者寥寥。88 年 10 月波音董事会开会时,不但质问产品开发团队的短视,还问及还有什么别的方案。出乎所有人的意料,波音开发团队根本没有考虑过其它方案,而这时空客已经在将 A330/340 作为一个“家族”在成功地推销了。波音董事会责令产品开发团队在年底之前一定要拿出一个新方案来。在董事会上备受蹂躏的产品开发团队痛定思痛,推开所有的定见,从白纸上重新开始。

最早的波音 777 是这样一个三发、加长机身的波音 767,征求航空公司意见时,遭到一片反对,波音只好灰溜溜地收回这个自以为是的方案

Delta 要求机翼可以折叠,好节约机场停靠登机门时的占地,这个功能后来在设计 777 的时候保留了下来,但是由于重量、成本和油耗的代价,没有航空公司要

  失掉先机也有后发制人的好处。86 年 12 月,麦道宣布推出 MD-11,87 年空客宣布推出 A330/340。至少波音在重起炉灶时,已经清楚对手的底牌。波音就从这里入手,放弃三心二意的半宽机身,做真正的宽机身,比 MD-11 和 A330/340 都要宽的宽机身,机身截面达到 6.19 米(244 英寸)。增大的机身截面除了前面提到的好处外,还是波音第一次为客机设计一个简单的圆形截面的机身。在此之前,为了使机舱侧壁接近垂直,和机舱内便于乘客直立,机身截面都是“蛋形”的,以在保持机舱高度的同时,减小截面积和迎风阻力。但这样一来,在同样的截面积下,机身总的“浸润面积”(也称“湿面积”)就大,材料用料多,机身重量大,摩擦阻力也大。采用圆形截面同时解决了这些问题。说来有趣,这也是波音第一次在喷气客机上采用圆形截面。相比之下,A300/330/340 都是圆形截面。波音的第二个重大决定就是要决定发动机布局。波音研究了双发、三发和四发。三发需要特别设计的后机身和垂尾,很早就决定不用。四发不仅耗油高、造价高,而且市场上没有合适的 180kN 级的发动机,A340 用的 CFM56 只有 135kN 级,更大的都太大,经济性不好,所以也放弃了。在另一方面,双发宽机身在经济性上的优势从 A300 开始就十分引人注目,波音决定采用双发。当然,双发也有双发的问题,双发所需要的 360kN 级的发动机还不存在,但这是方向所在,波音把赌注下在了这里。新设计重新启用 777 的名字。

采用波音新涂装的波音 777,这是波音现在的主力机型,737 的销量虽然大,但赢利还是要靠 747 和 777 这样的大型飞机

从波音 767 开始的 ETOPS120,到波音 777 发展为 ETOPS180,使双发经济性的优越性可以扩展到太平洋航线

波音 777 的航程和双发的经济性使四发的波音 747 逊色,事实上,波音 777-200LR 的航程甚至超过波音 747-400

波音 777 的发动机是现在民航发动机中推力和尺寸都是最大的

  波音在双发宽机身的基本布局确定后,做了两件对 777 计划的成功至关重要的事:一是在 777 投运之前,就得到 ETOPS 180 的认证;二是邀请 8 家主要航空公司参加设计。

  波音从 767 就开始推行 ETOPS 120,并向 ETOPS 180 扩展。ETOPS 120 使得波音 767 可以用于美欧之间的北大西洋航线,省油的 767 很快取代了四发的 707、DC-8,并开始侵蚀三发的 DC-10 和 L-1011 的市场。然而,ETOPS 180 把更为广泛的亚太市场也打开了,不仅可以用于亚太航线,也可以用于欧亚航线。过去的惯例是,双发客机需要相当的安全航班运行时间才能申请 ETOPS 扩展,但波音 777 在一开始就获得了 ETOPS 180 的认证,并获得 FAA 的特别许可,可以在紧急情况下(比如沿途备降机场因为天气或人为原因而关闭)延长 15%,达到 ETOPS 207。这样,波音 777 几乎可以用于全球所有航线,航空公司再也不需要在双发的经济性和四发的远程性之间犹豫不决了。有了 ETOPS 180,波音开始大力推动超远程双发,最终导致波音 777-200LR,航程达到 17,446 千米,可以直飞纽约-新加坡航线,为现在的世界之最。

  邀请航空公司参加设计是民航客机设计中的另一个革命,可以在飞机公司的自以为是和航空公司的信口开河之间达到一个实际、有效、经济的最优选择。另一方面,也可以更有效地劝使航空公司早早下订单。不过邀请航空公司参加设计是一个很冒险的举动,8 个航空公司提出 16 个相反的建议是完全可能的事情。果然,全日空希望加长 777 基本型的机身,损失一点航程,但适应高密度的日本国内航线需要;国泰希望进一步加宽机身,最好达到 747 的宽度,好为远程越洋航线的乘客提供更多的舒适;英航要求 777 的人-千米运营成本至少要比 A330 低 10%,还要求增加机载自诊断系统,以减少地面维修周转时间。联航(United)的要求最苛刻,要能在投运之初就能从海拔很高的丹佛直飞太平洋中间的夏威夷,这实际上就是一投运就要达到 ETOPS 180。波音在争执不休、互相矛盾的用户建议中,最后达成了一个成功的折衷。

  波音的另一个革命性的设计是折叠机翼。波音 777 的翼展很宽,为了在机场靠上登机口时节约占地(机场费也可以按照较小的飞机收取),波音提议将 777 的机翼做成可以折叠的,就像海军的舰载飞机在航母上可以折叠起来一样。事实上,波音就打算用大大放大的 A-6 的机翼折叠机构。但是,这样要增加机翼的重量,这就意味着要增加油耗;折叠起来的外翼段也不能用作翼内油箱,用以增加航程。最后没有一家航空公司选择了这个选项,波音也就悄悄地取消了这个选项。固定的外翼段最后也用于增大的翼内油箱,用于增加航程。

为了测试数字电传操纵和机上其他电子电气系统,波音建造了这个“铁鸟”试验平台,按照实际布线现场测试

机舱顶板的大型构件在铆接的时候朝下,铆接完了鹞子翻身,送到后续工段,一切都在大型工装架上进行,大大加快了制造过程,降低的成本

  波音在 777 上采用了号称“无纸设计”的全面计算机辅助设计,和计算机辅助制造直接相连,省却了大量的模型和匹配试验。这是制造业的一场革命。777 上采用的通用电气 GE90-110B 和-115B 号称是世界上最大的发动机,直径比波音 737 的机身还大。波音也在 777 上首次采用电传操纵,但在控制设计的理念上和空客有所不同。空客的电传操纵有硬性设定的安全极限,飞行员的动作超过极限时,控制系统会否决过度的动作,以确保飞行安全。然而,有时在特别危险的情况下,暂时超越极限是必要的,可以避免撞山或其他危险情况,只要过后及时恢复就可以了。空客的电传操纵有很多模式,有的是专用于起飞、着陆的,有的是专用于巡航的,不能乱用。要是模式用错了,或者发生了意外,飞控电脑会否决飞行员的“非法”动作,导致事故。A320 的几次撞山和“降落”进森林而拉不起来,都是这样造成的。波音的飞控电脑容许飞行员暂时超过极限,只是操纵杆可以明显感觉到超过极限,像汽车进倒档一样,用力拉,就可以拉过极限。由于需要特别用力,飞行员不会糊里糊涂地超越极限。一般认为,这个方式比较好。

  A300 从来没有和波音竞争过,A320 和波音 737、757 竞争,但这是半路里杀出的程咬金,空客有意,波音无心。A330/340 和波音 777,这次双方都是有备而来,真是棋逢对手了。

波音 777 的航程最远可以从纽约直飞新加坡,比四发飞机都毫不逊色

空客声称 A340 可以按照红色弧线标出的最短距离(因为地球曲率,所以显得是弯的)飞伦敦到曼谷的航线,而波音 777 受 ETOPS 和单发必须降低高度飞行的限制只能按弧线下方较长的红线飞;波音反驳说波音 777 的单发飞行高度足以在青藏高原上飞,所以应该按照弧线上方的 888 号航线,实际和最优航线没有多少差别。所谓最优航线要飞越喜马拉雅山,波音声称由于没有导航和备降设施,短时间飞进飞出拉萨是一回事,沿着喜马拉雅山长时间飞是另一回事,所以 A340 也要飞 888 号航线飞

按照波音的说法,在旧金山到马尼拉的航线上,波音 777 即使按照 ETOPS180 也可以和 A340 飞同样的航线,但 777 不光省油,速度也略快一点。左图是耗油的比较,右图是时间的比较,红色为波音 777,蓝色为 A340,分别按夏季旧金山-〉马尼拉、夏季马尼拉-〉旧金山、冬季旧金山-〉马尼拉、冬季马尼拉-〉旧金山的情况比较

  波音 777 在95年投运,A330 在 94 年投运,A340 则是 93 年,相差不算太多。但 90 年代是民航界动荡的年代。从 78 年开始,美国对航空公司放开限制(de-regulation),FAA 不再制定票价、航线、班次和服务水平,而是容许航空公司自由定价,新开设航班也大为简便。这个潮流最后波及整个西方世界。到 90 年代时,北美和欧美航线上,出现了点到点航班大量增加,而中心到中心的航班相对减少。波音 747 开始大量退出北美的国内航班和跨北大西洋的航班,而双发宽机身的波音 777 和 A330 得到航空公司极大的欢迎。相比起来,A330 更适合北美的国内航班和跨北大西洋的航班的流量和航程的需要,比波音 777 更为经济,所以在这个市场上卖得比波音 777 好。但波音 777 同时覆盖中程和远程航线,所以不光和 A330 竞争,还和 A340 竞争。由于 ETOPS 180/207 的缘故,波音 777 可以和 A340 在绝大部分航线上竞争,这时双发经济性好的优点就出来了。在少数航线上,ETOPS 180/207 尽管容许波音 777 飞,但必须在 ETOPS 180 的走廊内飞,这样就不一定能按最经济的直线(由于地球曲率的关系,实际上是弧线)飞,这时 A340 还是有优势。但这样的情况不多。由于导航和政治上的原因,A340 也未必能够按最近距离飞,也需要绕道,所以实际优势并不明显。波音 777 在一次试验中,在太平洋上空用一台发动机持续飞了 6 个半小时,所以只要有需要,日后扩充到 ETOPS 240 甚至更高是十分可能的,那样的话,A340 的优势就更成问题了。因此,在远程航线市场上,波音 777 比 A340 卖得好。到 2006 年 11 月为止,波音 777 的总订货为 791 架,总交货为 509 架;到 2006 年 10 月为止,A340 的总订货为 386 架,总交货为 329 架;A330 只有交货数,为 447 架。A340 和 A330 加起来的总交货数为 776 架,这里面有 A340 领先波音 777 两年进入航班服务的因素,A330 也领先波音 777 一年。从总交货数来看,空客依然领先,但波音的订货数领先,换句话说,后面的生产更有保证。空客的 A340 如果没有新的订货的话,停产只是时间问题了。A330 的情况要好一点。有趣的是,新的 777 和麦道与空客合作但流产的 AM300 在概念、尺寸和性能上都惊人地相似,如果投产,波音 777 的优势就荡然无存。空客对麦道的落井下石,可谓焉知非福,麦道的在天之灵在冥冥中报复空客也不一定。

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