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梦想飞机计划完美收官:波音787-10取证完成

2018-3-20 18:26| 发布者: 站长| 查看: 488| 评论: 0|原作者: 金绮|来自: 中国航空报

摘要:   最新出版的英国《国际航空》杂志载文,介绍了波音787-10取证的情况。
  最新出版的英国《国际航空》杂志载文,介绍了波音787-10取证的情况。1月19日,波音公司获得美国联邦航空局(FAA)为波音787的第三种机型——波音787-10颁发的型号认证修订证书,为其投入商业运营扫清了道路。型号合格证修订证书的获得,为2017年3月开始的试飞项目画上句号,试飞中共有3架飞机进行了约900小时的试验。试飞项目团队让飞机经历了一系列试验,旨在确认飞机的操纵品质、机载系统和整体性能满足设计要求,并达到确保安全飞行所需的取证标准。    
  波音787是由787-8/-9/-10三个机型组成的客机系列,作为波音787-9的加长型,波音787-10保持了与前者95%的共通性,同时具有更多座位数和载货量。波音787-10设立了燃油效率和运营经济性的新行业标准,每座油耗和排放较其替换机型降低25%。这种机型可以在典型两级客舱中载客330人,航程达11910千米。迄今,波音已经从全球9家客户获得超过170架波音787-10订单,预计在2018年上半年向新加坡航空交付首架飞机。
波音787-10的主要特点
  波音787-10是该系列中机身最长、运力最大的机型。虽然和波音787-8和-9拥有一样的翼展(60米)、同样的机高(17米)和同样的机身横截面(5.74米),但它的机身更长,达到68米,比波音787-9长5.4米,比波音787-8长11.5米。如此长的机身使该机有更大的运力。按标准的两级舱位布局,波音787-10可携载330位旅客(公务舱32人,经济舱298人);若全部为经济舱位,则可容纳440名旅客,比波音787-9增加14%,比波音787-8增加36%。波音787-10的下层货舱容积为175立方米,在前舱可容纳22个LD-3集装箱(每个容积4.5立方米)、后舱容纳18个LD-3。总共40个LD-3集装箱的容积比波音787-9多4个,比波音787-8多12个。散装货舱还有11.4立方米的容积。因此,总的载货量比波音787-9多15%,比波音787-8多41%。从载荷/航程性能来看,波音787-10的最大起飞重量和波音787-9一样,为254吨,而波音787-8的为250吨。波音787-10在两级配置情况下,航程为11910千米,波音787-8的航程通常为13620千米,而波音787-9的则为14140千米。
  波音787-10是波音787-9的加长型。机身加长了5.4米,3米在机翼之前,2.4米在机翼后面。从结构角度看,机翼前面增加了5个结构舱,后面加了4个舱。波音试飞副总裁韦恩·泰吉特表示,波音787-10不同于其他波音787-8和-9型的主要特点在于它的半杠杆式起落架,这改变了飞机旋转时所环绕的枢轴点。泰吉特说,“起落架上增加的助力器锁定后,飞机得以绕后轮旋转,而不是像其他机型那样绕起落架的中间点,特别是起飞时,就绕着后轮转了。”
  和半杠杆式起落架一起研发的还有电传操纵系统(FCS)的新控制律,如泰吉特所述,“每当你改动一架飞机,或是加长它,它的操纵特性就会有所改变。”波音公司之所以要调整FCS控制律,目的是使其与母型机的差别尽量缩小。在波音787-10上采用的新控制律,使升降舵产生使机头向下的动作,以调整机身姿态防止机尾触地。这增加了机身和跑道之间的距离,从而增加了旋转和拉平时的安全性,使波音787-10可采用更长的机身。研发半杠杆式起落架和FCS控制律,是波音商用飞机设计中采用“异花授粉”获得成果的一个实例。波音最初研发这些技术是在本世纪初的波音777-300ER上。
  在发动机选择上,客户可以为波音787-10选用通用电气公司的GEnx-1B或是罗罗公司的遄达1000 TEN发动机,这两型发动机都可提供338千牛的起飞推力。两家供应商都提升了原来的GEnx-1B和遄达1000发动机的性能。其中,通用电气采用了提升性能的改进包,而罗罗则采用了B包和C包来改进遄达1000。罗罗公司认为它为787-10研制的遄达1000 TEN是“遄达1000设计中的阶段性变革”,在其基础上又带动了为空客A350设计的遄达XWB研发的技术。罗罗公司指出,遄达1000 TEN有一个新的压缩机系统,其中采用了为空客A350-900上的遄达XWB-84研发的按比例减少中压和高压压气机,而高压涡轮结构是采用为空客A350-1000研发的遄达XWB-97发动机上的。
  遄达1000 TEN和遄达1000 C发动机组件之间的差别还在于一个模块式空气系统,更多使用复合材料,重新设计了各外部系统,一个新的外齿轮箱和一个改进的发动机控制系统(罗罗将其称之为采用“新一代先进压气机技术”的控制系统)。遄达1000 TEN的设计目标是可作为所有波音787机型的动力装置,不仅是为波音787-10。该发动机于2017年8月获欧洲航空安全局(EASA)的许可证,于11月投入波音787-9使用。
  波音表示,波音787-10和其他两型之间的通用性高于95%,它们在主要结构、组件和系统方面都是相似的。和其他两型一样,波音787-10机体重量的近50%是先进的碳纤维复合材料,包括机身、尾翼和机翼。其余还采用了20%的铝、15%的钛、10%的钢和5%的其他材料。碳纤维复合材料有两种。一种是碳层压板,另一种是碳夹层结构。用于机身、垂直和水平安定面、机翼外壳及前缘的碳层压板是将树脂熔入多层碳纤维带中,使之固化成一个构件;而用于垂直、水平安定面和机翼的碳夹层结构,则是把两片薄且很坚实的蒙皮粘在重量轻而厚的芯上。
  波音787另一个重要特性是电气结构和动力分配系统。在传统的结构中,从发动机出来的高压放气有多项功能,包括给辅助动力装置(APU)的启动器、发动机起动机、液压装置以及机翼防冰和机舱环境控制系统(ECS)做动力。相比之下,波音787的这些功能都是采用电气系统。每台发动机上的发电机和APU直接连接到发动机减速器,以此获得动力,带动一个后电气/电子舱和遥控配电装置。
  泰吉特强调说,波音787-10尺寸虽大,但并不影响到其结构。他说,“各系统并没有重大的变化,只需要满足其较大功率的需求,即增加长度的布线、增加必要的面积。”为此,波音提升了电气驱动的HP压缩机、低压空调组件及其相关的布线的功率,就解决了系统的工作。例如,波音787-10的座椅数量较多,意味着需要增加机舱的环境控制和灭火能力。
大运力是波音787-10的优势
  如前所述,波音787-10不能飞的和波音787-8/-9那么远。该机列出的航程也比空客A350-900的15000千米少2037千米。
  波音指出,航程长短取决于所采用的一套规则。波音表示,它若用于空客A350-900同样的一组规则来分析,波音787-10则可飞13186千米。这意味着,波音787-10的11910千米的航程能力只比空客A350-900少1278千米。但是,大运力而不是航程能力才是波音787-10的特点所在。波音计算过,波音787-10的运力使它在经济上有优势。波音787-10的设计使它在用于取代航空公司主干线网络中最常用的波音777-200ER和空客A330-300和A340-300时,更省油,减少了每座经营成本,并使它飞这些航班更高效。
  在2013年启动波音787-10时,波音就大胆地预测,该机将成为“迄今研发的最省油的中远程喷气客机”。公司声称,该机将比325座的空客A350-900节省8%的经营成本和少用9%的燃油,比波音777-200ER和空客A330-300少用25%的燃油。
  波音787-10的座位数和货运能力的设计是为航空公司提供可增加能盈利的航班频度的新一代平台。例如,欧洲与北美之间的航线、欧洲与亚洲之间以及亚洲范围内航线,最迫切需要效率好的大运力飞机。比如:波音787-8和波音787-9,适于开拓航线网络,而波音787-10则可载更多的旅客和下层舱货物,使航空公司增加运力。
试验与生产
  第一架波音787-10是N5282C (c/n60256),于2017年1月在波音位于南卡罗莱纳州的北查尔斯顿工厂出厂,于3月31日首飞。随后,另外2架(N5482C和N5652C)加入到试飞和取证试验之中。其间,3架飞机累计试飞900小时。
  试飞中,主要是评估飞机的操纵、各系统和总体性能,不仅要确保波音787-10符合制造商的内部要求,更主要是符合FAA提出的FAR第25部的标准和EASA关于大型涡喷飞机的规章。泰吉特说,“像波音787-10这样的改型机在进行试验时,习惯从渐进的角度去看待飞机的变动。这些变动是如何融入进去的,它们又如何影响到规章和要求的,于是,我们相应地设计试验计划。至于波音787-10,其中有些是对派生型机的典型要求,因为已经相当程度地影响到操纵特性了。”除了取证工作之外,波音公司还利用波音787-10的试验,来评估结构和系统的不同对运营、维护的影响。
  波音787系列都在南卡罗莱纳州北查尔斯顿的厂区里完成。所有波音787都是由国际供应链共同完成的,涉及波音公司以及它在北美、欧洲和亚洲的合作伙伴。第41段是前机身,包括机头、驾驶舱,是由堪萨斯州威奇塔精神航空系统公司生产的,该公司还负责供应机翼的固定和活动前缘。第43段(前-中机身)是由日本名古屋的川崎生产的,在日本名古屋生产的还有富士工厂制造的第45段(机翼翼盒)、机翼(三菱重工)、机翼固定后缘、主起落架机轮舱(川崎重工)。
  意大利格罗塔里的莱奥纳多公司生产了第44和46段(中机身)。澳大利亚墨尔本的波音航空结构公司生产了机翼的活动后缘。波音公司在犹他州盐湖城或华盛顿州弗雷德里克顿工厂里生产垂尾,但是其活动舵面是由航空工业成飞制造的。波音公司在加拿大温尼伯的工厂生产机翼/机身整流罩和起落架舱门。翼梢小翼、襟翼支撑整流罩和48段(后机身段)来自韩国釜山的宇航公司。起落架是由加拿大多伦多的赛峰起落架系统公司生产的。客舱舱门由法国图卢兹的拉特克埃尔公司生产,货舱门则来自瑞典林克平。
  波音787-10的总装延续以前在波音787-8、波音787-9上已经建立起来的程序。每架飞机分5步往前走。在0工位,机翼和中机身相连接;1号工位是前、后机身和尾翼与中机身相连,还包括安装地板架、起落架、液压和电气系统。在2号工位,工人安装座椅,飞机通电,机轮上带负重。在3号工位安装发动机,同时进行生产试验和座舱压力试验。在4号工位,发动机和内饰安装全部完成,还要进行电气、液压和机械系统的测试。随后,每架波音787拉进北卡尔斯顿喷漆厂房按客户的要求喷涂标识。喷完漆之后秤重量,检查燃油系统、泵、阀门、油箱、辅助动力装置等,校正罗盘。总之,所有系统都要测试,发动机开车,轮胎、减震支柱、液压油……测试。在座舱里,技术人员检查各个系统的功能,内饰是否达到FAA规定的标准。然后,飞机推上试飞线。最后,待客户在文件上签字接收后,飞机交付。
订单前景
  航空租赁公司的CEO斯蒂文·伍德瓦尔·哈齐在2013年波音787-10推出时订购了25架,他说,“波音787-10无论大小、运力和运营成本,都十分理想。”尽管有赞扬的声音,但波音787-10的销售还是缓慢的。截至2015年底,波音787-10有149架订单。2017年3月,新加坡航订购了19架波音787-10和20架波音777X。2017年11月,在迪拜航展上,阿联酋宣布购买40架。截至目前,波音售出了200余架。
  影响到订单状况的还有更多的因素。新一代更高效的宽体产品,无论是波音的,还是空客的,近年来都销售的很慢,无论它们是完全新设计,如波音777和空客A350,还是现有飞机的改型机,如波音777X及空客A330neo。其中部分原因在于,已经有很多没有交付的订单影响到交付进度。例如,若阿联酋的波音787-10订单还不最终敲定,那么它到2022年还拿不到其中的第一架。这也可能影响到航空公司下订单的愿望。同样,自2014年以来,油价较低也打压了市场对引进新的更节油机型的需求。
  无论如何,波音希望未来787-10有一个健康的发展。波音于2017年6月最新发布的《到2036年的长期市场前景展望》中预测,从现在到2036年,对新的小型宽体机的需求为5050架,对新的中型宽体机(包括波音787-10)的需求为3160架。波音把787-8和787-9定为200~340座级的小型宽体机,而把波音787-10定为340~450座级的中型宽体机,波音777和波音777X也属此类。波音的目标是,对宽体机市场需求做到全覆盖。即用它的波音787、波音777和波音777X在座位、航程、有效载荷和功能方面互相补充,来驱动其销售。就是说,波音787系列飞机在其中低端,波音777在其顶端,在每个系列中,和两个系列之间,要提供系统和培训方面的通用性。
  许多航空公司对此方案表示出欢迎的态度。全日空、英航、阿提哈德航空和新加坡航空都订购了787-10,作为对已有的波音777的补充,而全日空、英航和阿提哈德航空还订购了波音787的其他机型。随着波音787-10开始投入使用,运营商将有机会在每天的使用中来测评该机的前景。波音787-10会成为将来数十年中,销售最好的商用喷气航线飞机之一。

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