揭秘国产C919客机的对手:新一代波音737MAX客机

来源:空军之翼2015-11-05 15:47 编辑:小赛
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  A320NEO 采用 CFM 国际 LEAP-X 或者普拉特惠特尼 PW1000G。CFM 的 CFM56 堪称中等推力民航涡扇的经典,CFM 再接再厉,推出 LEAP 系列先进涡扇,大量采用复合材料、叶盘等先进技术以减轻重量,采用双环形预涡旋燃烧室以改善燃烧,涵道比达到 10-11.1。CFM 声称比现有民航涡扇节油 16%。有意思的是,LEAP 也是中国 C919 的选定发动机。普拉特惠特尼 PW1000G 则采用齿轮减速,使更大的风扇以更低的转速转动,提高推进效率,并降低噪声。普拉特惠特尼声称也比现有民航涡扇节油 10-15%。空客还为 A320NEO 配用了新颖美观的“鲨鱼翅”翼尖小翼,号称能节油 3.5%,不过在 2012 年开始交付的常规 A320 上已经成为选项了。空客计划在 2015 年开始交付 A320NEO,当前的燃油价格危机促使大批航空公司转向更加节油的新型客机,A320NEO 在 2010 年 12 月宣布,6 个月里就接到 1,000 多架订货。波音预计未来 20 年里世界上有 7,000 架单通道客机的市场,波音坐不住了,不能等到 2020 年以后的的全新设计。波音 787 一再推迟的痛苦经验也提醒波音不要过于乐观地指望全新设计可以如期交付使用,于是波音也有样学样,在 2011 年 8 月宣布推出波音 737 MAX,也通过换装发动机达到和 A320NEO 相当的性能,计划 2017 年开始交付使用,全新设计只得推迟。到 2012 年 7 月的将近一年里,波音累积了 649 架订货,另 有210 架意向订货。虽然只有 A320NEO 的一半,波音还是信心满满,希望在不久的将来就达到至少 1,000 架订货。

  空客推出 A320NEO 之后,波音坐不住了,赶紧推出波音 737MAX

  全新的小翼是 737MAX 外观上最明显的特征,但发动机短舱也明显前伸、提高了,上唇基本上和机翼齐平了,锯齿形的喷口有助于降低噪声

  737MAX 由于起落架设计,发动机的尺寸受到限制,但较小的发动机阻力也小;空客则大打大直径发动机油耗低的牌

  从一开始,波音就坚持“最低改动”的原则,所以机体、机翼、尾翼基本上和现有的 NG 相同,最显著的改动为 CFM 的 LEAP-1B 发动机和“先进技术效益”。LEAP-1B 也是 LEAP 家族中的一员,但相比于 A320NEO 采用的 LEAP-1A 的78英寸(1,981 毫米)直径来说,LEAP-1B 的直径降低到 69.4 英寸(1,762 毫米),尽管比波音 737NG 上用的 CFM56-7B 的 61 英寸(1,549 毫米)要大很多,但还是比 LEAP-1A 要小,涵道比也从 LEAP-1A 的 10-11.1 降低到 8.5。LEAP-1B 加大的直径迫使波音延长前起落架,并把发动机短舱向前延伸整个发动机都在机翼前缘的前方,而且发动机短舱的吊架非但不下垂,还略为上扬,使得发动机短舱的上唇之际上比机翼前缘还略高,得以最大限度地加大发动机直径而不至于引起离地净空的问题。

  另一方面,发动机短舱的后缘是锯齿形的。喷口有锯齿形缺口的话,喷流不再圆整,而是呈菊花形地散开,换句话说带来压力损失。要是消防龙头的喷口有缺口的话,很容易看到这个现象。但菊花形的喷流和环境空气的混合大大加强,可以有效地降低喷流的速度,降低喷气噪声。降噪和增推节油是一对矛盾,只有精确计算和仔细平衡才能两者兼顾。

  波音 737MAX 第二大特征是“先进技术小翼”。波音 737NG 也用翼尖小翼,但这只有上扬的小翼,还略带外倾。波音 737MAX 的翼尖小翼不光保留了上扬的部分,还增加了下垂的部分,翼尖看起来像老鹰分叉的翼梢。NASA 的理查德惠特康姆是一个气动理论大师,他发现的跨音速面积律是实用超音速飞行的理论基础,翼尖小翼也是他发明的。机翼依靠上下翼面的压力差产生升力,这使得翼尖附近产生自下而上、自外而内的涡流,不仅扰乱了上下翼面的气流走向,造成升力损失,还迫使翼展延长,以补偿升力损失,造成额外的重量和阻力。换一个角度看,翼尖涡流具有很强大的能量,这能量最终来自发动机的推力,但这部分推力既不产生升力,也不产生速度,所产生的翼尖后空气的无效卷动事实上是阻力。上扬的小翼阻止了翼尖上方内卷的涡流,如果带有外倾的话,可以在阻止涡流内卷的同时,由内卷涡流向内的压力产生额外的升力。下垂的小翼阻止了翼尖下方外卷的涡流,如果内倾的话,可以在阻止涡流外卷的同时,由外卷涡流向外的压力产生额外升力。波音声称“先进技术小翼”可以减阻 1.5%。小翼可以减阻的道理早就知道,同时采用上扬和下垂的小翼可以进一步减阻的道理更是惠特康姆一开始就指出的,倾斜的小翼还可以产生额外升力也不是很奥妙的道理,但小翼本身增加重量,增加翼尖结构的复杂性,倾斜越厉害,增升的效果越高,但阻止涡流的效果越低。翼尖设计充满了微妙的竞争,容易弄巧成拙,所以有些飞机加装小翼的结果与其说是减阻,不如说是时尚。但波音在波音 747-8 和 777 上采用镰刀形翼尖,基本上没有上扬,这是用平顺地缩小翼弦长度和增大后掠角来降低上下翼面的压力差,减少翼尖涡流。这个设计比常规小翼更轻,但要求增加翼展。机场对过往飞机的收费是按照重量和翼展划分的,波音 737MAX 的翼展在现有等级里已经到了极限,继续增加就要按照更高等级收费,影响航空公司的小翼,所以只能采用重量稍大的“先进技术小翼”,而无法采用重量更轻的镰刀形翼尖。

  “天空客舱”是借用 787 的,可以改变光色和亮度以调节舱内气氛

  波音 737MAX 的机舱采用从波音 787 开始的“天空客舱”设计,顶棚采用和悦的灯光照明,并根据人工日夜改变光色和光强,改善旅客的乘坐体验。“天空客舱”在波音 737NG 后期飞机上可以作为选项订购,但在波音 737MAX 上是标准配置,更先进的机内娱乐系统当然更加不在话下。

  波音计划用波音 737MAX 7/8/9 代替波音 737-700/-800/-900,-600 则继续生产。波音 737MAX 的翼展为 33.6 米,MAX 7 的长度为 33.6 米,载客 126 人,最大起飞重量 72,302 公斤,航程 7,035 公里;MAX 8 为 39.5 米,载客 162 人,最大起飞重量 82,190 公斤,航程 6,700 公里;MAX 9 为 41.2 米,载客 180 人,最大起飞重量 88,314 公斤,航程 6,480 公里。MAX 9 还将代替波音 757-200,用于跨大西洋航线。

  波音还没有最后冻结设计,预计设计冻结和发图在 2014 年进行,金属切割和组装在 2015 年开始,2016 年首飞,FAA 认证和航空公司接收在 2017 年进行。MAX 8 首先下线,MAX 7 在 2017 年开始制造,MAX 9 在 2019 年开始制造。

  波音 737MAX 是针对空客 A320NEO 而推出的对策,两者之间的直接比较不可避免。波音声称 MAX 比 NEO 的每座运行成本要低 8%,每座的油耗更是降低 19%。空客自然反唇相讥,指出 NEO 的发动机直径比 MAX 要大一号,这意味着更低的油耗。波音则指出更大直径的发动机意味着更大的重量和阻力,所以反而耗油。实际上,两家都微妙地更改了比较的基础,使得单纯用两家的公开数据比较成为鸡同鸭比。进一步的比较则是另一个话题了。