民航飞机的故事(下)

“彗星”之谜

1949年7月27日，英国首先试飞成功第一代喷气式民航客机“彗星”号。 不过，在1953年5月2日至1954年4月8日之间，投入使用的“彗星”飞机接连发生飞行事故。其中一架在印度加尔各答起飞后坠毁；另外两架在地中海上空飞行时神秘失踪，当时被称为“彗星”之谜。后来经调查发现：喷气式客机的密封机舱在飞行高度变化时，不断地受到增压和减压，而产生金属材料疲劳效应，最终导致空中解体。

在此期间之内，苏联研制的第一代喷气式客机图-104型于1956年9月15日抢先投入航班。随后，美国的波音707、道格拉斯DC-8和法国的“快帆”等第一代喷气式客机也陆续投入使用。这些飞机都采用后掠机翼和涡轮喷气式发动机。

谈到后掠机翼的采用，有一段插曲。1945年，第二次世界大战刚结束时，冯・卡门（Theodore von karman）曾带领美国的科学家到德国布伦瑞克的福尔肯罗达实验室考察。他们在那里发现一架后掠机翼飞机的风洞试验模型和有关高马赫数（M数）的吹风数据记录。据说，考察队中波音公司技术负责人乔治・谢勒（George Schairer）见到那些实验数据后，立即打电报回美国，要求停止轰炸机的设计。随后，在1948年，美国的第一种采用后掠翼的喷气式轰炸机（也是世界上第一种喷气式远程轰炸机）B-47型飞机投入了生产。

如果从当年的B-47轰炸机起，到后来波音公司生产的B-52型轰炸机、波音707和波音777等一系列高亚音速喷气式客机相比较，可以发现，它们的气动布局是一脉相承的。

1952年，波音公司开始自行投资研制波音367-80型四发后掠翼喷气式飞机。1954年7月15日该机首飞成功后，相继发展成为KC-135型军用空中加油机和波音707型民航客机。这种飞机吸取了B-47和B-52等型轰炸机在结构和气动布局上的成熟经验。民用型波音707飞机比同一代的其它喷气式民航机有更强的生命力。

“三叉戟”和“文豪”

1957年，英国的德・哈维兰飞机公司开始设计第二代喷气式客机D. H. 121“三叉戟”型飞机。这种飞机的机翼是根据当时先进的空气动力学理论设计的，如采用最佳巡航速度（M 0.88）的尖峰翼型和沿翼展采用相对厚度变化的翼型等；在机翼根部装有克鲁格前缘襟翼，可以大大推迟气流分离。它的总体布局也很新颖，三台涡轮风扇发动机均装在机身尾部。这样的布局不仅外形优美，而且机舱内噪音水平很低，使乘客感觉舒适。涡轮风扇式发动机有内外两个涵道，外涵道由风扇提供比内涵道喷流速度低的冷气流，从而在高亚音速的飞行范围内比涡轮喷气式发动机有更好的经济性。“三叉戟”飞机使用的罗耳斯・罗伊斯公司的斯贝RB-163型发动机属于低涵道比涡轮风扇式发动机。

“三叉戟”飞机于1964年春加入航班后，被认为是当时比较经济和安全的民航客机，受到用户的欢迎。我国民航和空军从1970年起引进了一批这种型号的飞机，现已全部退役。1971年“9.13”事件中，出逃时乘坐的是“三叉戟”1E型飞机，当时坠毁于蒙古人民共和国的温都尔汗地区。

1967年3月10日，前苏联的伊留申设计局研制的伊尔-62型喷气式客机也开始投入使用。它装有4台横排在机尾两侧的涡轮风扇式发动机；水平尾翼安装于垂直尾翼的顶端。北约组织给它取名为“文豪”，与它典雅大方的造型相当贴切。

我国人民空军于1972年引进4架伊尔-62型飞机，作为专机使用，后转交中国民航，于1988年退役。

1974年4月6日，中国民航的伊尔-62型飞机机组曾负责送邓小平率领的中国代表团出席联合国大会第六届特别会议。当月10日，邓小平同志在大会上阐述了关于“三个世界”的理论。

属于第二代的喷气式客机的还有英国的VC-10、美国的DC-9和波音727/737以及前苏联的图-154等。它们都装有低涵道比的涡轮风扇发动机，并在机翼上采用新的翼型和先进的增升装置，借以改善高、低速飞行的特性。

宽体“巨人”

1965年，在英国伦敦召开的西欧民航会议上，与会各民航公司根据西欧航空客运特点，提出在20世纪70年代需要一种――中短程、载客多（200人）、宽机身（每排6至9个座位）、速度快（高亚音速）和起降距离短的民航客机。1966年底，英国的霍克・西德利航空公司、法国的南方航空公司和联邦德国的空中客车公司决定按上述要求，合作研制一种新型的中短程、大载客量的涡轮风扇式客机，取名为A300型。

1972年10月，A300的原型机首次试飞，1974年5月开始交付使用。这种飞机装有两台推力各为249千牛的高涵道比发动机。因为它适合欧洲各国国内航线的需要，所以受到许多民航公司的欢迎。到1993年5月31日止，各型A300飞机已收到订货481架。此后，空中客车工业公司相继研制了A310、A320、A330和A340。该公司从1990年起开始盈利。到1994年，收到的飞机订货量首次超过美国的波音公司。1999年，各型空中客车飞机的销售额翻了一番，已占据世界民用客机市场的一半。

就在策划发展A300型飞机的伦敦会议召开的同时，1965年8月，波音公司在战略军用运输机（C-54）的竞标中失败后，立即转为开发宽机身远程客机――波音747型飞机。这种飞机于1969年2月9日首飞，1970年2月22日投入航线使用。它设有双层客舱，装有4台高涵道比的涡轮风扇式发动机，机翼上装有3开缝后缘襟翼等高效增升装置，可载客500人，最大起飞重量超过350吨。这种飞机在国际航线上被广泛地采用。

20世纪70年代出现的第三代喷气式客机除前面提到的A300、波音747之外，还有前苏联生产的伊尔-86和美国生产的DC-10等。它们的座舱设备已开始采用数字化、综合化电子显示技术。

国外把这一代宽机身大型客机称为“巨人”（giant）飞机。各个时代，有不同标准的“巨人”飞机。第一次世界大战前，俄罗斯生产的“俄罗斯勇士”号，装有4台各100马力的活塞式发动机，最多可以载16名乘客，机内设有洗手间，机身上有旅客散步甲板，机头上有了望台和探照灯，机组乘员首次采用4人制。第一次世界大战后，由法国生产的“哥利亚”型轰炸机改装而成的旅客机，可载客12至20人，它的机型名称来源于《圣经》中被大卫杀死的非利士巨人的名字。第二次世界大战前德国容克斯公司生产的G-38型客机，全重20吨，发动机总功率为2400马力，主起落架上装有串置小车式机轮。在这一期间，法国生产了“拉蒂高埃尔”521型水上飞机，重35吨，设有双层座舱，可载客70人。美国的波音B-314“快船”型水上飞机是当时最大和最豪华的越洋航线客机。第二次世界大战之后，英国生产了当时世界上最大的“布拉巴宗”型旅客机，它的翼展为70.1米，装有4台的涡轮螺旋桨式发动机，单台功率为5000马力。

以上这些“巨人”飞机都是当时最雄心勃勃的设计。那么，在新世纪之初，又有什么样的新型“巨人”飞机正在被构思呢？

1994年6月初，欧洲空中客车工业公司开始研制可以载客530至850人的A3XX型超大型宽体客机。2000年12月19日，空中客车集团总部宣布：A3XX系列中的A380型巨型客机将正式投产。这种飞机的机舱，从头至尾都是双层的――A380中的8字就是双层的象征。它将能载客480至650人，最多可载800人。其基本型A380-100可载555人。它的翼展为79.8米，机长73米，机翼面积为817平方米，总重275吨。巡航速度为1020公里/小时，最大航程为14200公里，续航时间为15小时。据描述，乘坐这种飞机旅行是非常舒适的。它的机舱通道非常宽敞，座位的间距也被加大，使乘客可以舒展四肢；机舱内设有酒吧、俱乐部、健身房、淋浴室和小型办公室。这种飞机将在2004年首飞，2006年正式投入航班。

空中客车工业公司预测，未来20年内，世界航空市场需要巨型客机为1500架，其中一半主顾来自亚太地区。中国的航空公司在这方面需求的增长率将创世界之最。预计到2009年，中国大陆和香港的航空公司将订购36架巨型客机，到2019年为160架。

为了和空中客车集团竞争，美国于2001年提出了研制一种能载客800人的超大型翼身融合体飞机计划。这种飞机有两个客舱是设在机翼内部的。这些舱内的乘客不便于从窗口观看机外景色，但在他们的每个座位前面都装有显示屏，借以消除寂寞。而且在机翼前后设有紧急出口，在危难时刻更便于逃生。据称，新的波音型飞机的飞行速度和波音747-400型一样，但燃油节省1/4，噪音水平也比较低。这种相当翼（全翼）式飞机的方案，最大的技术难点是很难在机翼（机身）上采取增升措施――因为无法用常规的方式配平。

智能化飞机

20世纪70年代，世界范围内石油价格高涨，而在航空运输的直接使用成本中，燃油消耗占40%。所以在80年代出现的第四代民航客机，如空中客车的A310、俄罗斯的伊尔-96和图-204以及美国的MD-11和波音757/767等，它们都是在提高飞机的经济性上下了不少功夫。在这方面所采取的技术措施主要有如下几点：扩大翼展，增设翼梢小翼，提高飞机的升阻比；采用增大相对厚度的超临界翼型――这种翼型与传统的翼型相反，它是上表面比较平直，而下表面比较弯曲，可使激波的产生推迟，从而减小了高亚音速飞行时的阻力；安装经济性更好的高涵道比涡轮风扇发动机；这一代飞机在座舱里开始使用阴极射线管显示器；航行电子设备采用总线技术；更为重要的技术革新是它们都采用了电传操纵系统――这不仅可以减轻飞机重量，而且也为实现主动控制技术打下了基础。

波音767型双发宽体中远程客机，除了没有在机翼上设置翼梢小翼（在波音747-400型上曾采用这种技术）之外，其它方面都是这一代飞机的领先者。它采用了最先进的自动飞行状态控制系统，可以保证飞行参数（如高度、速度和油门等）始终处于最佳经济巡航状态。它的发动机数据显示器和警告系统，对发动机的工作状态进行全面的自动监控，数据显示完全数字化，发现故障立即发出警告。

1990年6月8日至9日，一架由文莱航空公司订购的波音767-200ER型客机，在交付时，从西雅图经华盛顿，最后降落于肯尼亚的内罗毕，创双发喷气式民航机交付转场飞行的最远纪录。这一航线全长14890公里，飞行时间18小时29分，消耗燃油75.39吨。

关于波音767型飞机的另一趣闻发生在塞舌尔共和国。这个只有六七万人的国家，也买了一架可进行洲际航行的波音767-200ER型民航机，用以执行这个非洲岛国与法兰克福、吉隆坡、伦敦、毛里求斯、巴黎和罗马之间的航班任务。这架飞机价值6500万美元，平均该国每人（包括小孩）要负担930美元。

为了与空中客车工业公司的A330/340新一代的宽机身、大载客量、高度自动化和智能化的民航机竞争，波音公司于1989年12月8日公布了波音777型双发远程宽体客机的设计要点。最初这一型号被称为波音767-X，说明它是从波音767基础上改进而来的，但它采用了很多新的技术，使之成为第五代喷气式客机的典型代表。

和其它同代飞机一样，波音777飞机采用了数字式电传操纵系统和放宽静安定度技术――降低了飞机重量和飞行阻力。在波音777型客机的驾驶舱内，看不到众多的传统飞行仪表。在它的仪表板上，只有5个相当于18寸彩电屏幕那样大的彩色液晶平板显示器，其中两个显示飞行基本数据，两个显示领航条件，另有一个显示发动机工作情况和飞行员的指令。高度自动化的座舱设备，不仅具有对飞机故障的隔离和自检能力，同时也大大减轻了驾驶员的工作强度。

为了提高飞机信息管理系统的数据传输速度和抗干扰能力，波音777型飞机上的所有电子设备均连接在由两根导线拧成一股的数据总线上，使导线束减少到400根，导线接头减少到1580个，导线长度减少到48000米，导线重量减少到658公斤，从而也加强了电子设备的可靠性和维护性。

波音777-200-IGW（增重）型客机装有2台推力各为400千牛的涡轮风扇发动机，是当今世界上机体最大、电子设备最先进和发动机推力最大的双发喷气式民航客机。首架波音777型飞机于1994年6月12日首飞。1995年5月15日，该型飞机开始交付使用。它的单价是1.06亿至1.29亿美元，而1927年波音公司生产的第一种民航客机波音40A型飞机的单价是24500美元。仅从单机价格这一项，也可从一侧面看出民航飞机迅猛发展。

波音777型飞机是世界上第一种完全采用三维计算机辅助设计手段进行设计和预装配的喷气式客机。它没有制造代价昂贵的全尺寸样机，但设计、制造和安装精度都显著提高。第一次应用这种先进设计方法的是空中客车A320型飞机，当时称这种设计方法为“无图纸设计”，但波音777型飞机较之更为彻底。

2002年4月9日，一架属于新一代客机的A340-600型飞机从香港飞抵上海，是该型飞机首次在我国亮相。这架飞机长74.8米，是迄今世界上最长的客机。

超音速客机

1954的10月6日，英国费尔雷公司制造的德尔他2（FD.2）型研究机首次试飞。它装有一台推力为53.4千牛的涡喷式发动机，采用无尾三角翼布局。第二架FD.2型飞机改装一台推力为57.8千牛发动机，于1956年3月10日创造了1846公里/小时的飞行速度世界纪录。此后，在它的机身上换装了一种独特的尖拱型狭长机翼，成为BAC221型研究机，并在飞行中达到了2333公里/小时的速度。后来的“协和”号超音速旅客机，就是利用这种外形的机翼，才获得了良好的巡航升阻比和理想的起降滑跑距离。

1956年，英、法两国开始论证超音速客机的设计方案。1961年，两国签订合作研制的协议。1965年4月，开始制造第一架原型机。1969年3月2日，第一架命名为“协和”号的001号原型机首次试飞。早它两个月的1968年12月31日，前苏联的图-144型超音速客机已经首飞成功了。

“协和”号飞机的最大巡航速度为M2.04。1976年1月正式投入使用。因其燃油消耗率大和噪音水平过高而于1979年停产，只生产了16架。

图-144型飞机的最大巡航速度是M2.35。1975年12月首先投入国内货运飞行，1977年11月投入客运飞行。为了缩短起降滑跑距离，生产型图-144飞机的机头两侧安装了可伸缩前翼。1973年5月，在巴黎国际航展上，一架生产型图-144飞机，在着陆复飞过程中解体，机上人员全部遇难。1980年底该机宣告停产，总共只生产了13架飞机。

1995年10月9日和10月12日，英国航空公司和法国航空公司的两架“协和”号飞机，先后飞抵北京首都机场，对我国进行首次访问。当年8月16日，一架法航的“协和”号飞机，创造了以31小时27分49秒的时间，完成环球飞行的新纪录。

2000年7月25日，在法国戴高乐机场，一架“协和”号飞机在起飞滑跑时，机轮被跑道上的不明金属薄片割伤，爆破的轮胎击中发动机的输油导管，引起飞机失火坠毁。此事曾轰动一时，“协和”号也一度被迫停飞检查。现已恢复飞行。

尽管困难重重，但超音速客机必将得到发展，因为乘坐飞机就是为了追求速度。据日本《每日新闻》2002年4月8日报道：日本从1997年至2005年，一直在进行无人驾驶的实验机的试飞，所获得的资料将被用于下一代载客300人的超音速客机的设计。预计这种飞机从东京飞到洛杉矶只需5小时就可以了。

美国《航空周刊》上报道：美国能源部国家实验室已经完成一种速度达M10的高超音速飞机的设计。它将能在2小时内，从美国飞到地球上任何地方。不过，预计于2006年投入使用的波音“音速巡航机”型鸭式布局客机，速度不是很快，只能作近音速飞行。

速度超过M5的飞行被称为高超音速飞行。20世纪80年代以来，美国出现的X系列研究机，如X-30、X-33、X-34、X-37、X-38、X-40和X-43等都是用于研究高超音速飞行的。它们的研究成果将会应用于空天飞机（既能在大气层中飞行，也能在80公里高度以外的空间航行，现在常称为航天飞机）的设计。自然，这些技术储备，终有一天，也会被各种高超音速客机所采用。

在形形的高超音速飞机的气动布局方案中，有一种机翼与机身融为一体的“升力体”方案。美国在20世纪50年代提出的X-20和60年代提出的X-23、X-24（包括M2和HL-10）等研究机计划，都反映了这种设计思想。若从空天飞机从空间返回大气阶段的飞行考虑，这种飞机外形是最合理的。因为它有较好的结构强度和较高的承受气动加热的能力。但是，它在低速飞行时，升力系数和升阻比很低，而且横侧安定性和操纵性也不好。一般的低速飞机的升阻比大约是12至14，而它们的升阻比只有2。不过，今后的飞机若不单纯地靠空气动力提供升力，而是部分或全部地采用动力装置提供升力（动力升力）的话，“升力体”方案就很有希望了。

为了协调高超音速飞机在高、低速飞行范围之间的矛盾，还有一种非常有趣的设计方案，叫作“斜飞翼”式飞机。它的外形像中浪的滑板，在低速飞行时，它横着前进，有较大的展弦比、相应的高升力系数和升阻比；而高速飞行时，它又改为以一侧的翼尖朝前飞行，从而减少超音速飞行时的阻力。（全文完）