未来超级客机长啥样

日期:2024-05-29 来源:杏彩体育靠谱吗

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  有“空中巨无霸”之称的空客A380是目前世界上载客量最大的民用客机。它在典型三舱(头等舱商务舱经济舱)布局下可承载555名乘客(上层机舱199人,下层客舱356人),采用最高密度座位安排时可承载861名乘客(一说为853人)。然而,这个承载量或许还不是空中客车工业公司最大的胃口,空客最近一份被外媒曝光的专利文件显示,未来的A3XX常规载客量将达到900人。

  以常规载客量作比,900人的载客量要比A380多70%。这么一来,如果这种飞机问世的话,可谓是“超级巨无霸”了。不过,“Bigger”只是未来超级客机的一个方向,如果客机可使用核动力或氢燃料、速度爬升到5倍音速,甚至能够发射卫星,恐怕才真的是名副其实的“超级客机”。

  这份被曝光的空客专利文件显示,这一载客量达900人的超级客机将依然沿用A3XX的型号名称,采用A380使用的双层客机的设计概念。不过,这份文件并未给出具体的引擎型号和翼展尺寸。知名航空专家、《航空知识》杂志副主编王亚男在接受《中国科学报》采访时和记者说,从目前来看,大飞机在横向尺寸上已没什么扩展空间,只在纵向尺寸还有些空间,但“太长也不现实”。

  “如果飞机太大,机场设施的适用性将是一个很大的挑战。首先是机场跑道能不能跑得开、起降距离够不够,另外太大的飞机会增大起落架与地面之间的压强,也许要增加多组起落架才可能正真的保证飞机不会被跑道弄伤或者破坏跑道。这样一来,飞机的整体设计就会变得复杂。”王亚男说,这对飞机设计制造商来说“挺难的”。

  航空材料学家、中国科学院院士曹春晓在接受《中国科学报》记者正常采访时也提出,“更大”恐怕并非未来飞机发展最急迫的方向,或许都不是聪明的,因为现实情况是,A380这种大小已经让部分跑道没法适应它的起降,其订货量近年来并不乐观。

  在投入使用不到10年的时间里,A380的销售情况并不佳。彭博社曾报道称,面临着航空公司对更高效的双引擎模型如A350、波音777的强烈偏好,A380在2014年没有增加来自航空公司的新订单。

  专利文件中能够正常的看到一些收缩式折叠座椅的设计,有业内人士指出,这种设计将能够容纳更多的座椅,通过内部空间利用率的提升来实现载客量的增加或许正是空客的解决方案。不过,折叠座椅的设计在王亚男看来同样会给飞机制造带来挑战。

  “大家知道客机座椅要求有一定的抗冲击强度,一般客机的座椅都是固定不可折叠的。如果座椅设计成可折叠,并且要满足其抗冲击强度的要求,这在某种程度上预示着要在座椅的设计技术上要有创新。”王亚男说,“这倒符合空客一贯希望能在新技术上有所突破的理念。我认为空客设计这样一款超级飞机,不是仅仅把飞机做得更大的问题,而是要在很多细节上都有突破。”

  考虑到飞机过大机场跑道等设施适用性跟不上等问题,有人就在机场上动起了脑筋:让超级飞机在水面上起降就不存在这样一些问题了。

  事实上,A380在设计时就参考了20世纪40年代的水上飞机设计。水上飞机一般都会采用V型船体设计,这能够让飞行器在水面上进行着陆时,提供足够的浮力和适航性。

  来自英国伦敦帝国理工学院的研究人员设计了一种可在水面上降落的巨型客机,载客量可达到2000名。他们这种设计的来由就是针对机场的:使用海上机场,起降如此巨大的客机就不需要对陆地机场进行扩建,还可以顺便解决陆地机场降落噪音的问题。

  英国皇家航空协会在一项研究中评估了使用水上飞机替代传统商业飞行器的可行性,结论认为使用先进的水上飞机“可以胜任跨大西洋的旅行”,水上航空业的兴起“让人回想起那个浪漫的时代”。

  不过王亚男认为,从目前来看,水上飞机在未来几年内成为客运主力还不太现实。

  “因为水上飞机有一个致命问题,它只能到滨海沿岸或者到沿岸的机场。大部分乘客希望自己的飞行是一站式的,除非目的地就是到某海滨城市,如果增加旅途波折和成本,旅客很可能不会选择它。”王亚男认为,如果一种客机将市场定位限定于仅起降沿岸机场的话,它的市场占有率就自动削减了一大部分。而如果这种客机的未来市场发展的潜力被划了一个框,无论航空公司还是制造商都会很慎重。

  要指出的是,现在讨论水上飞机取代传统商业飞行的问题恐怕还为之过早,因为目前这种巨型水上飞机在研发中还有一定的问题,比如设计上缺乏数据支撑,如果要研制出工程样机,还要进一步修改机身下方的船体形状以减少飞机的结构重量;另外水上飞机也需要基础设施建造,在不久的将来看到这款水上飞机仍然有些难度。

  不过,在上述帝国理工学院研究人员对水上飞机的设计中,他们打算用燃烧效率更加高的环保型燃料氢能作为飞机动力来源。他们都以为氢燃料不存在污染物排放问题,有助于缓解环境压力,可将巨无霸们打造成绿色客机。

  王亚男认为氢燃料无论在环保性能还是动力性能上的确是一个诱惑力很大的选择,不过在氢燃料“登机”之前,还有一些技术难题待突破。

  “液氢燃料是一种剧烈易燃品,比航空煤油脾气坏多了。”王亚男和记者说,液氢储运就是一个很大的技术难题:“液氢储存罐都是危险品。由于液氢的储存条件非常苛刻,液氢储存罐是一种高压低温容器,要把它装在飞机上首先要确保它的安全。”

  氢气需要冷却到-253℃才可使其呈液态,需存储于高真空的绝热容器中。因其存储成本比较高,安全技术也很复杂,高度绝热的贮氢容器仍是研究的重点目标。

  “另外液氢动力系统也要重新研制,目前还没有很好地用于航空的动力(装置)中。”王亚男补充说。

  曹春晓则和记者说,目前由于氢燃料尚没有具体应用到飞机动力系统中,届时要不要进行相应的材料改进还不得而知。

  在飞机动力系统上动脑筋说不上到底是“深思熟虑”还是“脑洞大开”,但有人愿意去探索总是好的。同样来自英国的一家空天技术公司就打算通过在动力系统中利用一种新的冷却技术,将一种命名为“云霄塔”的飞行器的飞行速度提升到惊人的5马赫(即5倍音速)。

  “这种可能就是用高超冲压发动机或超燃发动机实现,但现在的问题是把它变成一架客机到底有多大的可能性。”王亚男和记者说,这需要从飞机经济性、安全性、环境适应性等方面考虑,“比如若噪音太大,就像当年的协和飞机一样,也飞不了。”

  协和式飞机是一种由法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机,它和苏联图波列夫设计局的图-144同为世界上少数曾投入商业使用的超音速客机。协和飞机噪音大的问题一直遭人诟病。自2000年法航AF4590航班的协和飞机遭遇重大事故后,协和号飞机一蹶不振,3年后退出商飞舞台。

  在曹春晓看来,飞行器达到5马赫时还绕不过材料问题。他以美国军方飞行速度达3马赫的高空高速侦察机SR71为例指出,由于速度大幅度提高,空气流动和摩擦在机身产生的温度会很高,要求飞机材料耐得高温:“SR71使用钛合金比例高达93%,有人叫它全钛飞机。如果速度达到5马赫,钛合金、钛铝合金等耐高温材料占比会更高。”

  相比英国科学家关注未来飞机的动力系统,美国的航空专家们貌似更关心飞机的应用场合。最近就有媒体曝光美国正在研制的一款绰号“大鸟”的超级大飞机可以把火箭运送到空中,从而把6.1吨重的卫星送入地球近地轨道。

  王亚男认为用超级飞机放卫星并非不切实际:“一般大型客机的载重不止6吨,这个超级大飞机就是普通运输机,无非就是在背上设计一个可安装和释放火箭的支架;不过这架飞机在控制上可能与一般飞机不太一样它需要赋予火箭一个合适发射角。”

  据报道,目前正在加利福尼亚莫哈韦沙漠组装的“大鸟”,翼展117米,长度72米,重544吨,最大速度850千米/小时,设计搭载6个波音747级别的发动机,预计在2016年首飞。

  “对动力要求高是合理的。因为它虽然只有6吨重,但由于背负着火箭,空气阻力增大对高空动力性能要求比较高。而且由于飞得越高越节约火箭发射成本,它可能要飞得很高。”王亚男分析说。

  从追求更大到发射卫星,探索都是值得尝试的。不过王亚男认为,目前客机最现实的需求是提高速度,“让越洋飞行变得更快”。

  “现在在高速飞行的技术上已经有了比较好的基础,只要再解决一些经济性、环境适应性的问题,一倍或者两倍音速飞行有可能成为现实。”王亚男预测说,“超音速飞行很可能近几年就能实现”。