當地時間2005年4月27日上午10時29分,法國小城圖盧茲,伴隨著四臺羅爾斯·羅伊斯遄達900發動機巨大的轟鳴聲,世界上最大的客機——藍白相間的空客A380在布拉尼亞克機場首次騰空而起,飛上藍天。在場見證這一偉大歷史時刻的5萬多民眾歡呼雀躍,激動不已。而在大西洋彼岸的西雅圖,波音總部卻是另一番滋味。雖然在口頭上表示祝賀,但熟悉航空業的人們都明白,波音品嘗到的滋味是獨特和酸澀的,因為,波音747獨霸大型客機市場三十多年的時代,結束了。
而一年之后的2006年6月14日,空客宣布部分A380客機將推遲交貨6~7個月的消息,其母公司歐洲航空防務和航天公司(EADS)的股票在巴黎股市暴跌26.32%,收于每股18.73歐元。僅僅一天,EADS市值便縮水60億歐元。此后,更傳出了空客高層利用內部信息事先拋售股票的丑聞,空客和EADS的CEO雙雙辭職。一時間,A380再次陷入漩渦的中心,似乎前途黯淡。那么,A380究竟是什么樣的飛機呢?
出身名門
提到A380,就不能不提到空中客車(Airbus)公司。上世紀70年代初歐洲還沒有強大的民用飛機工業。為了改變世界民用航空的格局,當時德國的德意志航空公司(后來的戴姆勒—奔馳航空公司)、法國的法國宇航公司、英國的霍克·西德利公司和西班牙航空航天公司共同組建了空中客車工業公司,傳奇開始了。
空客首先推出了寬體客機A300/A310,然后在上世紀80年代推出了迄今為止最暢銷的飛機家族之一——A320系列,之后推出了遠程飛機A330/A340。上世紀末,經過二十多年的虧損和政府補貼之后,空客終于贏利了。但這種贏利背后,卻有空客無法抹去的失落和痛楚,那就是在洲際航線上,A340還無法撼動波音747的霸主地位。波音747,成了跨洋航行的代名詞。
空客決心改寫歷史,1994年,空客著手啟動超大型飛機項目,當時取名為A3xx:1997年巴黎航展上展出了機身剖面的全尺寸模型,2000年,A3xx項目名稱確認為A380并取得先鋒用戶訂單,2005年1月18日,首架A380下線;直到2005年4月27日,波音747首飛36年后,比它更大的民用客機首飛了。
巨無霸
A380機身長72.75米,翼展79.8米,高24.08米,它的高度相當于7層樓那么高,水平尾翼和支線飛機的機翼一樣大。為了給跨洋飛行的乘客提供舒適的環境,機艙內的裝修如同泰坦尼克號一般,設有臥艙、商務中心、健身房、醫療中心、圖書館、餐廳及酒吧,極盡奢華。全經濟艙布局下,載客量為840人,若采用三級標準布局,載客量555人。當它作貨機使用時,貨艙容積為1132立方米,載重量為150噸。采用三級標準布局時,A380航程達15,000千米。
A380之前,最容易辨認的民航客機是波音747,這得益于747頭部隆起的頂部客艙。現在最容易辨認的可能是A380了,為了滿足載客量,并且將機身體積控制在一定范圍之內,A380采用了豎卵形機身橫截面,這是目前業內公認的艙內容積截面最大、同時又能滿足限定的條件。采用這種機身截面之后,整個機身長度范圍內都采用了雙層客艙,主層艙容納一排10座旅客、上層艙一排8座旅客。因此,A380也被稱為世界上第一種純粹的雙層客艙飛機。
先進的空氣動力設計
合理的氣動外形是確保飛機實現設計性能的先決條件。別看客機外形都差不多,但工程師們仍然有許多工作要做,這樣做的目的只有兩個,一個是減小阻力,另一個是增加升力。因為哪怕是微小的一點改進,都意味著更高的效率和商業競爭力的提升。
在研發A380的時候,空氣動力設計已經超越了完全依賴于風洞吹風的時代,這得益于計算流體力學(CED)的發展和計算機技術的進步。CFD技術利用計算機進行氣動分析,可以在很短的時間內得到結果并且節約試驗成本,因此可以快速地對各種方案進行對比分析。A380是空客家族中首次對機體采用CFD技術進行氣動設計和優化的產品。
一般而言,機翼對飛機的氣動性能影響最大,但空客并沒有放棄對機身外形的優化。僅為確定駕駛艙的位置,前后就花了4年時間,作了多次修改。最終的設計使全部流經機頭上部的亞音速氣流流速控制在大約0.85馬赫(0.85倍音速),并且在速度高達0.89馬赫時也不會產生激波,這就意味著A380的巡航效率提高了。據測算,利用CFD技術對機身外形進行優化后,A380的總體阻力減少了2%以上。工程師還對A380的機翼和發動機吊艙進行了優化,減小了發動機吊艙和機翼之間的干擾,進一步減少了2%的阻力。
先進的材料和結構設計
設計大飛機一直是一個挑戰,因為大飛機不是小飛機的簡單放大。打個比方,如果把一個人按比例放大到原來的10倍,那么他的腿的面積會是原來的100倍,而體重會是原來的1000倍——早就把他的腿壓斷了。因此,既要把飛機做大,還要盡可能地減輕飛機的重量,工程師只有兩個方法,一個是采用更先進的材料,另一個是采用更先進的結構設計技術。
作為前所未有的超大型民用客機,A380增加了新型材料的用量。鈦合金是一個不錯的選擇,鈦合金具有很高的強度重量比和很好的抗腐蝕性,一直是代替飛機結構中鋼材的理想金屬材料,但鈦合金不好加工并且價格昂貴。在A380上,鈦合金的用量已經從原來占空客飛機結構重量的5%一7%增加到了10%。
另一種新型材料是復合材料,復合材料是將高強度的纖維埋在樹脂之中得到的一種先進材料,具有重量輕強度高的特點。空客是最早將復合材料廣泛用于大型客機的飛機制造商。A320率先在客機上采用了全復合材料尾翼:A340飛機機翼結構復合材料重量占結構重量的13%,到了A380,復合材料的用量增加到了22%。A380首次將碳纖維復合材料應用到左右機翼的對接部分,與采用鋁合金材料相比,該部分重量就減輕了1.5噸。
A380采用了計算機輔助設計(CAD),全機采用法國達索公司的CATIA V5軟件建立虛擬樣機。值得一提的是,在研發過程中,工程師大量采用了計算機輔助分析(CAE)和優化技術。采用計算機對零部件進行優化,常常得到有悖于傳統設計的創新方案,能夠在保證原有性能不降低的同時減輕飛機重量。
命運多舛
A380為空客帶來了巨大的榮譽,卻也麻煩不斷。2005年6月,空客宣布首批A380推遲交貨。2006年2月,爆出了A380未能通過靜力試驗的消息,A380的機翼在達到145%限制載荷時發生斷裂,而按照要求,機翼必需要能夠承受150%的限制載荷。2006年6月14日,空客宣布由于在電路系統和終端線束的確定、生產和安裝過程中形成了生產瓶頸,影響了飛機的生產進度,對A380的交付再次延遲6~7個月。此后就出現了本文開頭的一幕。
在航空史上,有很多耀眼的明星,比如波音747,它們就像常青樹一樣幾十年占據統治地位,婦孺皆知。但也有不少流星,它們可能技術先進,但卻生不逢時。典型的例子就是超音速客機,例如蘇聯的圖144超音速客機,其優美的外形用今天的眼光來看仍然很前衛,卻因為在巴黎航展的一起非本機原因的墜機事故而斷送了前程。
但并不是所有的明星走過的路都是一帆風順的,回顧波音747的歷史,可能會有一些啟示。由于機體龐大,通用電氣和英國羅爾斯·羅伊斯公司不能提供合適的發動機,波音只得轉向普惠公司。普惠在開發過程遭遇重重困難,要求延期,波音不但不同意,還逼迫普惠從現有發動機中擠出更多的動力,結果導致發動機過熱和超重。波音747的試飛過程中使用了87臺發動機,竟然完全報廢了60臺。波音向用戶隱瞞了真相,后來泛美航空公司威脅要起訴波音,并迫使波音以每架飛機降價500萬美元私了。這期間,波音差點因為不能按時交付飛機而破產。直到上世紀70年代中期,普惠才解決了發動機的問題,從此波音747的時代降臨。
如果目光長遠一點,今天A380遇到的困難也許不值一提。因為在這個領域,所有技術上的先驅者基本上只有兩種命運,要么因生不逢時而轉瞬即逝,要么成為下一個時代的領導者。
[責任編輯]唐 字