
涡扇-10
退一步说,如果技术风险的关键在于发动机,那从 WS10 发展国产大推力高涵道比涡扇发动机也需要时日,在 15 年内能不能达到足够的可靠性等级是一个未知数,估计推力级别也在 CFM56 一级。也就是说,这将是四发大运的动力。作为双发动力的话,则比较适合波音 737 级别的飞机。但大客从经济性和发展潜力出发,直接上 A330 级别的话,也可以像 A330/340 一样,用共同的机翼和机身,同时研制双发中短程型号和四发中远程型号,前者作为大客的主力,后者用作青藏或者云贵航线,并作为军用大客(预警机、加油机、电子战机等)的基础。在双发型号上先用进口的现成发动机,等有合适的国产发动机的时候再换;在四发的型号上可以用进口发动机如 CFM56,也可以直接用国产的 WS10 发展型。这既给国产发动机提供了一个用武之地,又在同时最大可能地限制了风险。另外,这不仅回避了军用型大客可能面对的进口民品不得转用于军用的限制,也是双发发展万一受阻的退路,尽管在经济性上要受一些损失。推而广之,很多国产系统都可以通过这个“双轨制”,在军用大客上首先使用,获得“实战经验”。经过时间的考验后,再在民用的大客上和进口系统互换,就水到渠成了。这或许是既不自我限制大客的发展潜力,又限制技术风险的一个途径。
晨枫 原载 相关资料: Part12

中国大客要冲出波音和空客的重围,还要在技术上有所创新才行,否则在大量采用进口系统的情况下,很难在价格上有明显优势,更难说服用户放弃已经证明的空客和波音飞机,而使用并没有多少优越性的大客。
技术上的创新可以在别人已经走过的路上走得更远,但这很不容易。要走一遍别人走过的路,还要走得更远,除非别人在睡大觉。要走别人没有走过的路,这不光需要天才,更需要胆识。技术上的创新还包括制造过程上的创新。丰田汽车在汽车设计技术上没有登峰造极的极品,但在制造过程的效率和质量控制上有绝招,这就是本事。
空客飞机一直在技术上别出心裁,和波音打非对称战争。在座舱技术方面,空客率先采用了所谓“暗板”概念,所有仪表和指示灯在正常情况下都不引人注意,只有在故障或者意外情况下才用灯光或其他措施提醒飞行员的注意。这在现代自控人机界面设计中是一个创举。在开创了双发宽体的先例后,空客再接再厉,在 A300 的缩短型 A310 上,率先采用所谓“玻璃座舱”,用较少的电脑显示屏代替大量的传统仪表,并首先采用了电传飞控系统。A310 还在垂尾上采用了碳纤维复合材料结构,这是复合材料在民航飞机上较早的应用。A310 还借用了协和式的技术,在飞行中将燃油从机翼油箱转移到尾翼油箱,用重心的移动而不是平尾的偏转来配平,大大降低了巡航阻力,提高了经济性。A320 的数字电传飞控在民航界引起了一场革命,飞行员用侧置摇杆操纵飞机,将正面的仪表板解放了出来,全部用于仪表。A320 也扩大了复合材料的应用。A330/340 将 A320 的数字电传飞控又进了一步,容许飞 A330 的飞行员在不需要重新培训的情况下就可以直接飞 A340,甚至可以在 A330/340 和 A320 之间互换。这种 cross-qualification 大大节约了航空公司的培训经费,并增加了人员调配上的灵活性。A380 作为世界历史上最大的飞机,当然采用了更多的新技术。在制造上,空客将整个飞机的制造分解成几个大的模块,每个模块都已经埋好所有管线,在总装的时候只要把模块之间对接,管线对接,就完成了。这样的制造方式充分发挥了专业分工的长处,也兼顾了工作机会的均等,是空客得以成功的一个诀窍。中国的大客将有什么样诀窍,我们不得而知。但剑不如人的话,就要技胜于人,否则只靠死缠烂打,是要吃亏的。
为了实现更好的经济性和降低环境噪音,大客或许在设计思想上也应该考虑另辟蹊径。在波音研究新概念客机的“绿队”的方案中,有几个很有意思。一个是“Fozzie”,这是一个采用浆扇发动机(propfan)的方案。涡扇发动机的经济性来自风扇驱动的外涵,风扇越大,外涵道和内涵道的空气流量之比(即所谓涵道比)越大,经济性越好,噪音也越低。当风扇的环形罩彻底取消时,涵道比达到无穷大,经济性最高,这就是所谓的浆扇发动机。但环形罩对噪音的遮挡作用没有了,桨叶卷起的气流冲刷机身,反而造成很大的噪音。Fozzie 将两台浆扇发动机创造性地布置在门式尾的高平尾两端,桨叶的气流不再冲刷机身,至少舱内噪音的问题得到了解决。如果恢复环形罩,经济性会略有损失,但噪音问题可以得到更好的解决。Fozzie 的问题是机尾较复杂,重量较大,需要双垂尾来支撑两台发动机,高置的发动机的重心也较高,横滚稳定性会是一个问题。最大的问题则是航速较低,大约比喷气客机的 0.85 马赫低 15-20%,只和螺旋桨客机相当。如果改变人们对空中旅行时间上的期望,Fozzie 是一个很值得考虑的方案。

Fozzie 是波音研究新概念客机的“绿队”的一个方案,采用门形尾两端的浆扇发动机,速度比喷气式稍低,但耗油可望有较大的下降
另一个思路称为 Beaker,采用展弦比较大、后掠较小、翼展较大的细长机翼,像滑翔机一样,用更高的气动效率来降低对发动机推力的要求,只需要很小的推力就可以维持飞行。这个方案同样有航速较低的问题,同时特别大的翼展在机场的地面机动比较碍手碍脚,需要考虑折叠翼尖一类的特别措施。

Beaker 也是从省油出发,用滑翔机一样细长的机翼提高升阻比,达到省油目的,速度同样要受一点损失,还需要采用折叠机翼使机场的地面机动不至于太碍手碍脚
波音“绿队”的 Kermit Kruiser 方案从另一个角度突破,采用鸭式布局和前掠机翼。飞机的速度增加时,如果不考虑燃油量的变化的话,飞机的重心不变,但产生升力的压力中心向后移动,产生一个自然的低头力矩,需要由控制面产生一个相应的抬头力矩来恢复平衡,这就是所谓的配平。通常配平是通过压水平尾翼完成的。水平尾翼的偏转产生阻力,阻力的向下分量实现抬头力矩,这就是巡航中配平阻力的来源。配平产生的“降力”还需要增大翼面积来补偿,导致额外的阻力。从协和式开始,民航客机常常将机翼内的燃油有控制地转移到尾翼油箱中去,用重心的移动来减小配平阻力,但这个方法不是没有局限的。在所有油箱都满的或者空的时候,转移燃油显然不现实。燃油在管道内双向流动,也对燃油管理增加了复杂性。鸭式布局把水平尾翼搬到前面,可以通过调节前翼的升力来实现配平,大大减小配平阻力。不管是前掠翼还是后掠翼,升力都是靠气流由前向后流经翼面产生的。但斜掠的机翼前缘使部分气流产生沿机翼前缘的展向流动。这展向流动在后掠翼上就导致最后在翼尖“跌落”,造成升力损失,所以后掠翼首先在翼尖发生失速,容易在需要横滚稳定性的时候失去横滚的控制力矩。到了前掠翼,展向流动的终点是翼根,所以首先失速的地方是翼根,这样不容易失去横滚控制。在正常飞行的时候,后掠翼也有翼尖升力损失的问题,而前掠翼和机身的连接处好比天然的翼尖小翼,所以前掠翼的失速特性和气动效率比后掠翼高。前掠翼还有机翼安装位置靠后,把最有用的中机身段空出来用作商载或炸弹舱的好处。前掠翼有前掠翼的问题。翼尖产生升力时,在材料的弹性作用下产生自然的向上扭转,扭转的结果是迎角增大,这进一步增加了升力,产生更大的扭转,这就是所谓的气动发散。不受控制的话,气动发散可以很快超过结构的强度,所以除了实验性飞机,很少有生产型飞机采用前掠翼,在客机上采用前掠翼可能还太过前卫。不过把 Kermit Kruiser 的前掠翼改成后掠翼,就是 Sonic Cruiser 的样子了。即使不追求 0.98 马赫的速度,降低的配平阻力依然是很有吸引力的,何况机翼后移,起落架也后移,起飞或降落时容许拉起的迎角可以增加,而不需担心机尾拖地,这样可以缩短起落距离,是一个额外的好处。Kermit Kruiser 的原用意是通过翼上发动机来降低对地面的噪音,如果机翼改称上单翼,可以连带机舱内的噪音也一并降低,不过这样起落架的布置要多动脑筋了。
