近日,西北工业大学研制的翼身融合大型客机缩比试验机成功试飞的新闻刷屏。该试验机采用翼身融合外形,机身宽扁,与机翼平滑过渡,客舱位于微微鼓起的机身下方。作为关键设计技术的摸底验证试飞,进行了起降、通场、规划航线自主飞行等科目测试,圆满完成了预定计划。

翼身融合布局的民用客机,具有气动效率高、结构重量轻、装载空间大、节能、环保等优点,有望满足未来民机发展的多方面要求,可能成为下一代宽体客机的首选构型。

对于未来民用客机发展前景,业界的基本共识是“四更”——更安全、更绿色、更经济、更舒适,或称四性(安全性、环保性、经济性、舒适性)指标持续提升。而对于民用客机的“快”和“大”,我的看法是“快而无极,大需有度”。此外,与民用客机发展密切相关,但超出飞机自身的“三化”(便捷化、智能化、个性化)趋向也应高度关注。

安全性从来都是民用客机的生命线。经过百年进步,民用客机的安全性已经达到很高的水准。民机安全性最重要的一条适航要求,就是“每一个因系统故障造成的飞机灾难性事件每飞行小时发生的平均概率低于10的负9次方”。

但近年来发生的一系列悲剧事件,如马航的一次失踪和一次被击落,德国一起驾驶员驾机自杀,波音737MAX的两次同样原因造成的空难以及2022年我国东方航空公司那起机上123名乘客和9名机组人员全部遇难(原因至今尚未公布)的事故,将民用客机的安全性问题提升到新的认知高度。

(1)飞机自身的系统问题。决不能让737MAX这样的故障重演,从设计到适航审定,都需要更加严格和富有成效;在把新技术引入系统设计时,在安全性方面的负面影响必须充分评估和防范。

(2)航空运输系统要有防范各种人为因素造成事故的全面能力。从飞机自身对于非正常操作的禁止,到空中交通管理更加智能、提供足够聪明和无缝的飞行管理与服务,直至出现如新冠疫情这样的传染病时如何让乘客在机舱内感染的风险降到最低,都成为安全性面临的新任务。

环保性的要求越来越高,并成为强制性指标,绿色航空已成为准入门槛。2020年国际航空运输协会(IATA)发布了《2050年飞机技术路线年航空运输业二氧化碳排放总量要比2005年减少50%,氮氧化物排放减少90%,噪声减少65%;飞机在机场的移动采用燃料电池驱动。自2009年航空业提出实现高级别气候行动计划以来,已推出多个实现民航碳排放目标的技术解决方案。

新能源飞机成为民用客机的主要方向之一,通过采用多种能源组合实现高效运行与节能减排,是航空运输业的重要发展趋势。空客公司在2020年发布的ZEROe计划,采用改良的飞机构型和动力形式,计划2035年开始将几种以氢为主要能源的商用飞机陆续投入运营,有可能在全球首开零排放商用飞机之先河。

空客公司于2020年公布了全球首款零排放民用飞机的3种概念机型ZEROe,其中一款采用涡轮风扇发动机,一款采用涡轮螺旋桨发动机,一款采用“翼身融合”的布局。它们均由改进的氢燃料发动机提供动力,新机型计划于2035年陆续投入使用

经济性包含两方面含义,一是要使运营民用客机的商业公司有钱可赚,重点是降低飞机的燃油消耗或其他能源成本,使单机成本和直接运营成本尽可能降低,为运营商带来更高的收益;二是制造商要能按预期获得市场回报,得以步入良性循环。

据统计,研制一种大型干线年时间,盈亏平衡点一般不低于300架。使制造商在可预测的销售量之下获得盈利,是民用客机创新发展的活力来源之一。

经济性与飞机推进系统性能关联密切,提高经济性的主要技术方向是革新能源类型和动力样式;持续进行新布局研究,提高气动效率;以及引入智能制造技术,使生产效率更高。

美国NASA正在开发的“苏珊”亚声速混合电动客机,左右两个机翼下方各有一排呈阵列状分布的小型电动发动机,机身末端的发动机舱装有一台涡扇发动机,除直接为飞机提供推力外,还能驱动发电机为机翼下的电机供电。通过这种分布式推进设计,“苏珊”有望保持与现代喷气式客机相同的速度和航程,将单座燃料消耗减少约50%,同时改善飞机的起降性能,并减少噪声

舒适性虽说是乘客个体的体验与感受,但普遍的舒适性要求仍是客观和必要的,主要依靠人性化设计来实现。客舱空间的设计、客舱环境的设计、旅途中(特别是长途旅行)所能享受的机上服务,是直接面向乘客的基本内容,而通过改进发动机和全机设计,降低振动和噪声,是更为重要的内容。

空客公司多年前就曾发布过一种采用透明机舱的未来概念客机,其设计灵感来自大自然,让乘客可以享受全新的旅行体验

除“四性”外,“便捷化”“智能化”“个性化”也成为趋势性要求,但这“三化”的共同点是超越民用客机自身的创新发展,而与航空运输系统相关联,或为多项先进技术在民用客机设计、制造和使用中的深入应用。

包含快捷和便利两方面内容。航空运输系统需要不断提供更高的飞行和运行速度,以满足社会经济生活的高节奏、快速化需求;当然,飞行器的速度也必将持续提高,超声速客机即将归来。开发高效、经济、环保的商用超声速运输系统,将改变横跨大陆和洲际间运输的游戏规则,在实现快速化的努力中具有突破性意义。

航空运输系统应该纳入地区或国家立体交通大系统,围绕客户“门到门”而非“点对点”进行“便利性”的规划和评价,以确保所有客户全程旅行时间最短、接驳最为顺畅。

近年来,人工智能(AI)技术突飞猛进,其有望在以下两方面直接推动民用客机发展。

第一,在民机开发中,更多地应用AI技术;AI虽不构成独立的民机使用目标,但多方面地体现在“四性”的实现中。智能制造将大大优化资源配置,提高自动化程度,达到降(成)本增(产)能提质(量)的效果;将AI技术嵌入更先进的飞行控制系统,变革人机界面,改善飞行方式,其应用前景值得期待。

第二,将AI技术用于革新空中交通管理系统,以显著提升运行效率和服务水平。

未来民用客机的发展将呈现一定程度的以“定制”为主要特点的“个性化”,提供充分满足用户需要的产品和灵活的服务。

当前,在谈到“个性化”时,更多地体现在各类通用航空器,而非传统分类里的民用客机或商用运输飞机,如私人/公务飞机、与未来城市交通系统相伴的垂直起降航空器(特别是eVTOL)和应急救援飞行器等的发展中,但民用客机的未来发展也与此相关。

而如果讨论整个民机领域的未来发展,个性化/定制性则是必须考虑的重要趋向之一。

上海峰飞航空科技推出的eVTOL飞行器V1500M,这种加入未来城市空中交通系统(UAM)的飞行器将为人们提供更灵活与个性化的出行选择

对于民用客机未来发展趋势,更持久的关切在于速度和大小(几何尺寸)。“快”和“大”几乎是航空发展的永恒议题,对于民用客机更为具体和迫切。

我的看法如本文标题所示,快而无极,大需有度。对于速度的追求没有极限,只要技术上可以实。

By admin

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注