波音787研制历程

2009年12月15日，波音公司的革命性作品波音787成功完成首飞。与以往客机不同的是，波音787预先进行了充足的调研，然后依靠雄厚的技术积累，采用全球制造和电子化运营的方式来进行生产。这些革新思想让波音787落地成虎，带着一种与生俱来的王者霸气。波音787被波音称为“梦想客机”，寄予了很重的期望。2009年12月15日上午10时(北京时间16日凌晨2时)，美国波音公司的波音787客机从埃弗雷特潘恩机场首次起飞成功，这是波音787客机发展的一个重大的里程碑，标志着这型新型客机向投入营运飞行又迈进了一大步。做为新世纪波音公司也是当今民机工业最为重要的飞机研制计划，波音787被称为新世纪的“梦想客机”。这个梦想包括新世纪客机的标准以及波音公司力图在新世纪保持民用飞机领域领先地位，由此可见这个型号对于波音公司的重要意义。波音787的市场反应极为热烈，客户来自世界六大洲—非洲、亚洲、澳洲、欧洲、北美洲和南美洲，合同储备订单总价值达到1400多亿美元。中国订了57架，包括国航、东航、南航、海南航空和上海航空。A380代表着空客对未来民航枢纽模式的预测。当今民机市场基本被波音与空客垄断，当然这也没什么意外，这后面是美国与西欧强大的经济技术实力做后盾的结果，通常这两家公司会推出差不多的客机，互相竞争，争夺市场，但在本世纪初，两家公司分别推出迥然不同的重大飞机研制计划，即空客的A380大型客机与波音的波音787中型客机。这两者似乎并不存在竞争，更象一种互相相互配合的关系，实际上这后面是两家公司对于未来民航客运模式预测的差异。要枢纽还是要直达空客公司认为未来民航“车轮辐射式”即人们支线客机到达中心机场，然后搭载大型客机到达另外一个中心机场，再通过搭乘支线飞机到达最终的目的地。随着全球经济的发展，客流量也随之猛增，因此中心机场之间需要大型客机运输，以减少所需要的飞机架次，降低中心机场调度、维护等方面的压力，所以空客决定研制超大型客机-A380，进入长期被波音垄断的超大型客机领域。波音767虽然性能较好，但是去竞争不过空客，即将停产。而波音公司也认为未来民航客流会有显著增加，但是波音公司认为随着信息社会的发展，人们工作及生活节奏加快，车轮辐射式航线运营模式由于需要多次转机，已经不能适应旅客需要，而经济的发展，以及空中管制的开放，已经可以让越来越多的城市可以修建更大的规模的机场，开辟更多的航线，这就为发展直达航线，也就是所谓点对点航线运营模式打下了基础。这个结果让波音有点哭笑不得，因为点对点模式最需要的是中型宽体客机，而这个领域恰恰是波音产品系列中最薄弱的一环。抢占中型客机市场我们知道，当年空客瞅准波音产品系列中波音747与波音757之间的空档，研制成功第一型双发宽体客机A300，成功打破了美国在民航领域的垄断地位，并以之为基础发展出A310、A330、A340等客机，在中型宽体客机中形成了完整的产品系列。凭借777的成功救驾，才让波音在中型客机得以站稳脚跟。尽管波音后来推出了波音767与之竞争，但是由于B767机身较窄，舒适度不如A330，同时由于货舱容积有限，因此其在与A330竞争中败下阵来，让出了中型客机领头的位置。在这种情况下，波音公司在上世纪90年代研制了波音777客机，该机也不负厚望，成功的击败A340，占据了中型客机高端的位置，但是从整个产品系列中，空客利用A330、340形成较好的高低搭配，虽然A340的在竞争中落败，空客则在A330的基础上推出了A350与波音777竞争，由于波音767在本世纪初停产，因此波音公司就需要一种新的飞机与波音777形成高低搭配，全力抢占中型客机市场，这也是为什么波音要把新的机型定位在中型宽体客机的根本原因。波音787油耗达到了惊人的2.4升/100公里。波音公司在中型客机被空客压制一个重要的原因就是在这个领域，波音客机在经济性和舒适性被对手超出，我们知道A300采用较为先进的机翼设计，在耗油率超过当时的波音飞机，尽管一开始A300并没有得到市场的认可，空客在图卢的总装厂最多时有近20架“白边”飞机-没有航空公司订货的飞机，但是随着石油危机的来临，A300终于得到客户认可。每座百公里油耗仅为2.4升在新世纪油价更加高涨的时代，成本或者说经济性显然更加引起航空公司的重视，因此波音公司在787的研制中把降低油耗和成本做为首要的目标来抓，即要求787比现有的客机的油耗降低20%，座/英里成本要降低10%。根据有关资料：787的座公里油耗（平均每座飞行100公里的油耗）为2.4升/100公里，而747是16升/100公里，而空客的A330大约是7升/100公里,最新的A380则达到2.9升/100公里，要想实现这个目标需要在三个方面做出努力才能做到；即飞机结构的优化、空气动力的进步及发动机的升级。波音787使用复合材料的比例已经达到了50%。大量运用复合材料降低油耗和座/英里成本最直接的方法莫过于降低飞机的重量，也就是说以最低的重量得到最大的乘客人数同，为此波音公司在波音787的结构中大量运用了复合材料，其复合材料的使用比例达到50%，包括45%的碳纤维复合材料和5%玻璃复合材料，实际上787的机身与机翼都是由碳纤维增强复合材料制成的，仅少部分采用金属材料，飞机结构有20%采用的是传统的铝合金。根据波音公司的说法；由于大量使用复合材料让787的重量从采用传统铝合金要轻4.5吨，由此其油耗比传统飞机要低3%，除了降低油耗之外，复合材料的耐久性也让787的维修间隔大为增加，其外场维修间隔可以达到1000小时，几乎是767的两倍，比A330也高于近50%，维修成本随之下降30%左右，复合材料还提高了飞机的舒适性，由于其抗湿、腐蚀、疲劳等性能比铝合金要好的多，因此设计人员可以提高机舱的温度、温度和压强，并且可以采用更大尺寸的舷窗，从而可以为乘客提供更加舒适的旅行环境，波音787采用了较为先进的气动力设计，注意其机翼的上帆角设计。优化空气动力性能是降低油耗的另外一个方面，根据波音公司的资料在设计787的过程中，其通过大量的风洞试验及计算让该机在空气动力方面拥有最佳的优化，787采用了新一代民航机的超临界翼型，超临界翼可以提高飞机在高亚音速度下的空气动力效率，并且减轻结构重量，除了高效率的机翼外，787还采用比较独特的翼小上帆角，这种设计可以降低翼尖涡造成的诱导阻力国，降低绕流对升力的破坏，提高飞机的升阻比，从而时一步降低飞机的油耗，这方面的贡献几乎与大量使用复合材料机身相同，也可以达到3%左右。油耗降低最大贡献来自发动机当然对于降低油耗最大贡献来源于发动机的进步，目前787备选的发动机有罗罗公司的和通用电气的GENX两型发动机，这两型发动机可以互换，由于787对于油耗严格的要求，两家公司在新的发动机采用开创性的技术来降低发动机油耗。787使用的GENX发动机短舱采用锯齿边，可降低发动机噪声。其中罗罗公司采取了从发动机中压转子提取功率的技术，我们知道传统飞机的采用的是从发动机高压转子提取功率来满足飞机对于用电量的需求，但是787的用电量是过去飞机的4倍，如果继续采用这种办法将会影响发动机的喘振裕度，因此罗罗公司采用了从中压转子中提取功率的办法来发送发动机的喘振裕度，同时降低发动机的耗油率，根据有关资料；遄达1000在中低途时耗油率大约可以降低60%以上，慢车油耗可以降低50%，其中下降时的可以节油近300公斤，由于具备较低的慢车推力，还可以降低发动机的噪声和刹车磨损。而通用电气的GENX基于波音777的GE90发动机，采用了复合材料风扇叶片，其数量从GE90的22个减少到18个，由于风扇叶片的减少简化了发动机的结构，降低了重量，提高了效率，同时其采用新的燃料室技术，让燃料在点火前达到最佳的混合，从而降低了油耗，由于采用了新型发动机不但提高8%的降低油耗，并且提高了787执行远程航线的能力，可以在一些客流量不能支持大型机使用的远程航线提供不经停直航服务，从而扩大的787的运营范围。波音787大量采用电力系统，为乘客提供更舒适的旅行环境。全电飞机进一步节油波音787余下的6%节油贡献来源于飞机系统的一体化设备及系统的创新，比如波音787的系统综合程度更高，其只需要大约30个计算机系统就可以完成全机各系统操纵，而波音777一共需要80个计算机系统，这样就节省大量的电力。波音787还在飞机各系统中大量使用电力系统，让其成为第一架“全电飞机”，其中最重要的莫过于用电机驱动的客舱增压系统替代了原来从发动机引气的客舱增压系统，根据波音公司的说法以，采用电客舱增压系统最大的优点可以根据用电需要来控制电机状态，从而降低油耗，同时还可以降低飞机的结构重量。正是因为通过这几个方面的技术进步，成功实现了787在研制中提出的E系列目标，即效率-(efficiency)、经济性(economic)、乘坐舒适性（(extraordinarycomfortandconvenience）、便利性(convenience)、出色的环保性能(environmentalperformance)，为其创造良好的市场业绩打下了坚实的基础。全球化生产的波音787，中国生产了它的方向舵。在787的E系列目标还包括两个E，即全球化协作生产环境（GlobalCollaborationEnvironment）和电子化运营环境（e-Enabled）不仅仅通过产品本身来降低航空公司的成本与费用，而是从源头控制飞机成本，降低航空公司的采购费用，再从运营上降低航空公司的所需要的寿命，真正建立全寿命费用控制的概念。一级供应商数量大大减少在全球化协作生产环境中，波音公司首次由主机商变成系统综合集成商，即原来波音公司也把客机的部件转包给其他厂商，但是两者仅仅是产品的买卖关系，这些产品交付给波音前需要生产厂商进行相关的测试，然后在装配到飞机前，波音还要进行一次测试，从而造成时间和成本上的浪费。因此致787客机的研制中波音公司决定减少一级供应商，而让有实力的供应商成为系统综合设计/生产商，让他们担负起各系统的研发与生产任务，如波音公司把飞机电气及客航增压系统交给了汉胜公司，起落架交给了道蒂公司，结果就是将一级供应商由777项目中上百个降低不到50个。波音开创了一种全新的电子运营环境，大大降低了成本。为了让在分布在全球系统研制、生产商的系统能够在西雅图顺利总装，波音公司以全球化协作为依拖，建立了单一的产品数据源，单一的技术领导，以及统一的软件、数据格式及管理系统，使有关产品的数据畅通而准确地由研制的上游向下游流动，以及各部门之间数据的准确而快速地交换，真正实现了产品的并行协同设计与制造。与供应商，航空公司形成紧密产业链这一举措为波音公司取得了巨大的经济与社会效益，在飞机交付客户，可以利用波音公司建立的电了化运营环境，即实现波音、航空公司与合作伙伴之间数据的有机联接与交换，形成了覆盖研制人员到航空公司经理、飞行员及地勤人员等有关飞机的重要人员无线网络，可以及时的把信息提供给最需要的人，可以为航空公司提供更好的产品服务与解决方案，从而提高航空公司飞机的利用效率，包括飞机调度的有效性、降低航班延误，根据飞机的实时状态信息来确定零备件库存等，从而有效的提高航空公司的利润率，也打开了波音飞机通向市场的大门。波音形成了从供应商到航空公司的紧密产业链。通过全球化生产环境和电子运营化环境，波音公司形成从上游部件供应商到下游航空公司联系紧密的产业链，即实现了从部件到飞机到航空公司三者之间的良性循环，即通过对部件的优化得到性能更好、更加便宜的飞机，再把航空公司对于飞机的使用意见反馈给部件生产商，实现飞机性能的不断改进和提高。更重要的是实现三者利益的共享，对于上游部件生产厂商来说，参与设计程度越深，飞机的销售与自己联系更加紧密，而航空公司也希望得到更好的飞机为乘客提供更好服务以占领更大的市场份额，特别是对于由于一些国家与地区出于扶植本土企业的角度出发，可以会采取加大采购飞机的办法来间接为企业提高支持，也可以在一定程度增加了787的销量。空客也开发了A350，但是市场反应不佳。无论一架飞机概念多么前卫、技