導(dǎo)語：商用飛機(jī)先進(jìn)技術(shù)研究與展望一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：重點(diǎn)介紹了近年來商用飛機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，并對未來商用航空發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。針對商用飛機(jī)開展的研究不但可有效提升相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平，同時(shí)對民用航空運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展亦大有裨益。

關(guān)鍵詞：商用飛機(jī)；先進(jìn)技術(shù)；飛機(jī)設(shè)計(jì)；民用航空運(yùn)輸

近年來，隨著民用航空運(yùn)輸領(lǐng)域的不斷發(fā)展，針對商用飛機(jī)的技術(shù)研究得以全面開展，其技術(shù)水平也得到了飛速提升[1]。商用飛機(jī)通常是指搭載大量乘客而進(jìn)行遠(yuǎn)程飛行的噴氣式飛機(jī)，目前在世界范圍內(nèi)已形成了少數(shù)幾家大公司占主導(dǎo)的格局。

1商用飛機(jī)的先進(jìn)技術(shù)

為了滿足減輕重量、降低噪聲、減少排放、系統(tǒng)魯棒性、運(yùn)行安全性及經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計(jì)需求，商用飛機(jī)領(lǐng)域引入了越來越多的先進(jìn)技術(shù)，例如，復(fù)合材料技術(shù)，平視顯示器（HUD），語音識別，全球定位系統(tǒng)（GPS）接收機(jī)，點(diǎn)對點(diǎn)慣性導(dǎo)航儀，完全基于數(shù)字視頻顯示的可重構(gòu)數(shù)字儀表顯示器、多普勒雷達(dá)，電傳操縱（FBW）或光傳操縱（FBL），實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)故障檢測和隔離。其中，復(fù)合材料技術(shù)是飛機(jī)減重的關(guān)鍵技術(shù)。下文重點(diǎn)介紹了當(dāng)前商用飛機(jī)上所采用的先進(jìn)技術(shù)。1.1先進(jìn)的亞聲速運(yùn)輸機(jī)。對于亞聲速運(yùn)輸機(jī)，關(guān)鍵先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用包括：重心（CG）管理系統(tǒng)（例如采用垂直安定面油箱）；復(fù)合材料的主、次結(jié)構(gòu)；帶有高載荷減緩技術(shù)的超臨界機(jī)翼，混合層流控制及高升力系統(tǒng)；先進(jìn)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)[2-5]，電傳操縱及電傳動力（PBW）；鈦合金起落架；鋁鋰合金或金屬復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)以及增穩(wěn)裝置。即使在目前并未得以廣泛應(yīng)用，但上述許多新技術(shù)正被引入現(xiàn)今的飛機(jī)設(shè)計(jì)中，也將成為未來飛機(jī)應(yīng)用的常規(guī)技術(shù)[6]。1.2先進(jìn)的超聲速運(yùn)輸機(jī)。對于超聲速運(yùn)輸機(jī)，相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用包括：綜合視景，側(cè)桿控制，先進(jìn)的輕質(zhì)材料，混流式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，負(fù)靜余量，混合壓縮進(jìn)氣口，改進(jìn)超聲速巡航效率的箭翼，F(xiàn)BL、PBW飛行控制裝置及俯仰自動控制[7]。1.3機(jī)體技術(shù)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)的改進(jìn)將來自于先進(jìn)材料和集成技術(shù)。集成計(jì)算機(jī)代碼可同時(shí)兼顧空氣動力學(xué)和強(qiáng)度方面的要求，因此，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成為在系統(tǒng)工程框架內(nèi)評估物理接口的先進(jìn)工具。復(fù)合材料的運(yùn)用使其可通過更大的展弦比減輕重量，并提高性能。先進(jìn)的加工技術(shù)使得部件數(shù)量最低化的設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。就復(fù)合材料結(jié)構(gòu)而言，其雖然能夠避免一些金屬結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，例如金屬疲勞，但是復(fù)合材料的分層是其一大弱點(diǎn)。因此，采用這種類型的結(jié)構(gòu)之前，需著力解決這些技術(shù)問題。1.4空氣動力學(xué)的改進(jìn)新的空氣動力學(xué)技術(shù)包括使用壓力敏感涂料和計(jì)算流體力學(xué)（CFD），這些技術(shù)將允許采用多點(diǎn)機(jī)翼的設(shè)計(jì)，以達(dá)到最低的巡航阻力特性和高仿真的抖振補(bǔ)償邊界。另一個(gè)目標(biāo)是帶有大型高涵道比（HBPR）發(fā)動機(jī)的機(jī)翼的高效氣動翼型。另外還有具有較高空氣動力學(xué)效果但成本低廉的高升力系統(tǒng)。1.5噪聲控制。主動噪聲控制可以降低座艙內(nèi)噪聲，而不會導(dǎo)致飛機(jī)大幅增重。這種技術(shù)引入了與主噪聲相反的二次噪聲源，以此抵消主噪聲。該技術(shù)控制的噪聲可覆蓋較寬的頻率范圍，以抵消發(fā)動機(jī)噪聲和邊界層噪聲?？刂七吔鐚釉肼晫τ诟咚倜裼眠\(yùn)輸機(jī)（HSCT）而言尤為重要。1.6光傳操縱。（FBL）、電傳操縱（FBW）及電傳動力（PBW）技術(shù)光傳操縱（FBL）將基于多路復(fù)用光學(xué)的子系統(tǒng)引進(jìn)飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中，該技術(shù)可有效減輕布線重量，降低暴露于電磁干擾（EMI）的危害，并因無須對全機(jī)子系統(tǒng)試驗(yàn)而簡化合格審定過程。電傳動力（PBW）和電傳操縱（FBW）可以減輕飛機(jī)重量，且不需要用于次級動力子系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)引氣及變速傳動裝置。光傳操縱（FBL）、電傳操縱（FBW）及電傳動力（PBW）技術(shù)可以提高可靠性，降低維修成本，并減輕飛機(jī)重量。1.7綜合視景能力。綜合視景能使駕駛員使用可視化圖像和導(dǎo)引手段來洞察天氣和補(bǔ)償?shù)退秸彰鳁l件。這些子系統(tǒng)可能使用基于衛(wèi)星的導(dǎo)航、成像傳感器及高分辨率顯示器，以使操作有更高程度的自主權(quán)。1.8推進(jìn)控制飛機(jī)。通過推力調(diào)節(jié)而非通過操縱面控制的飛機(jī)在災(zāi)難性事件（包括恐怖事件）中存活概率更高，并能在局部故障狀態(tài)下更好地運(yùn)行。駕駛員能通過使用推進(jìn)控制機(jī)制而維持部分對飛機(jī)的控制。1.9自動貨物裝卸?？者\(yùn)貨物裝卸改進(jìn)方法（IMACH）是改進(jìn)貨物裝卸各大技術(shù)的集成，這些方法側(cè)重于搬運(yùn)功能，主要考慮對大型的及更復(fù)雜的貨物的搬運(yùn)以及自動化特點(diǎn)。IMACH可以使托盤貨物的移動完全自動化，這項(xiàng)改進(jìn)可縮短地面轉(zhuǎn)場時(shí)間，對于航空公司客戶而言，轉(zhuǎn)場時(shí)間是一項(xiàng)主要的成本因素。1.10高速民用運(yùn)輸機(jī)（HSCT）。新興的先進(jìn)技術(shù)一直是推動高速民用運(yùn)輸機(jī)（HSCT）發(fā)展的關(guān)鍵。這些技術(shù)包括先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)及先進(jìn)的材料，其可用于管理與飛行馬赫數(shù)2.4量級相關(guān)的溫度條件。業(yè)界正在研究空氣動力學(xué)和技術(shù)集成、推進(jìn)、結(jié)構(gòu)和材料、駕駛艙系統(tǒng)以及關(guān)鍵的環(huán)境問題，包括音爆、機(jī)場和社區(qū)噪聲及排放領(lǐng)域。1.11人為因素。人的因素早已成為影響飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一，特別是在駕駛艙布局方面。其關(guān)鍵要求包括用于解決高負(fù)荷工作和駕駛員疲勞駕駛之間的矛盾及相關(guān)危害的新技術(shù)。與設(shè)計(jì)系統(tǒng)相結(jié)合，采用先進(jìn)的可視化系統(tǒng)作為系統(tǒng)工程的一部分，可以提供成本效益高且快速的打樣方法，以評估和調(diào)整設(shè)計(jì)。1.12先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。飛機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性驅(qū)使航空工業(yè)致力于開發(fā)先進(jìn)的設(shè)計(jì)和仿真系統(tǒng)。在許多情況下，這些系統(tǒng)提供的設(shè)計(jì)信息比完全依賴風(fēng)洞試驗(yàn)更快、更經(jīng)濟(jì)。結(jié)合先進(jìn)的可視化技術(shù)，這些系統(tǒng)均已足夠成熟，可為研究及飛機(jī)設(shè)計(jì)和工程試驗(yàn)提供理論依據(jù)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具與基于每個(gè)機(jī)型的培訓(xùn)試驗(yàn)之間存在較強(qiáng)的協(xié)同作用。對新機(jī)型而言，飛行特性的建模較為準(zhǔn)確，由此可獲得型號等級認(rèn)可。在商用飛機(jī)行業(yè)，仿真已被確立為系統(tǒng)工程的主要驗(yàn)證技術(shù)之一。1.13飛行包線保護(hù)功能。飛行包線保護(hù)是近年來出現(xiàn)的全新系統(tǒng)。電傳操縱通過飛行包線保護(hù)編程增強(qiáng)安全性，此舉使得駕駛員能自如地駕駛飛機(jī)，而防止任何非正常運(yùn)行方式，如失速、飛行速度過快或出現(xiàn)過載等現(xiàn)象。1.14翼身融合技術(shù)（BWB）。在1997年與波音公司合并之前，麥道公司最初設(shè)想的翼身融合體是一個(gè)預(yù)期能更經(jīng)濟(jì)地運(yùn)送更多乘客或貨物的概念。其類似于一個(gè)飛翼，但包含了機(jī)翼和機(jī)身，而且機(jī)翼和機(jī)身能平滑地結(jié)合在一起。與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，BWB在運(yùn)營成本、燃油效率、總重量和氮氧化物的排放量方面更具優(yōu)勢。盡管這個(gè)概念很有前景，但是BWB仍面臨許多挑戰(zhàn)。該概念的一大弊端是，對于目前的航站樓登機(jī)口而言，這種飛機(jī)體積過大。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)翼折疊也不可行。這類飛機(jī)面臨的其他挑戰(zhàn)包括結(jié)構(gòu)和材料、空氣動力學(xué)、控制、氣動結(jié)構(gòu)一體化、推進(jìn)機(jī)體結(jié)構(gòu)集成、系統(tǒng)集成及保障設(shè)施等方面。1.15商用飛機(jī)制造工藝。近年來，世界范圍內(nèi)的商用飛機(jī)制造業(yè)逐漸由手工制造向大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。雖然商用飛機(jī)的生產(chǎn)過程許多方面與汽車非常類似，但是商用飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造更加復(fù)雜。飛機(jī)制造是一個(gè)小批量生產(chǎn)過程，其復(fù)雜性由以下幾方面引起：依賴于高度集成的高科技子系統(tǒng)、先進(jìn)材料的使用、詳細(xì)說明的規(guī)范和極其嚴(yán)格的試驗(yàn)。系統(tǒng)工程可在解決這些問題時(shí)發(fā)揮重要作用。

2商用航空運(yùn)輸未來發(fā)展趨勢

2.1經(jīng)濟(jì)性及監(jiān)管的壓力。商用飛機(jī)領(lǐng)域的壓力來自各個(gè)方面，既有經(jīng)濟(jì)方面的也有監(jiān)管方面的，其中經(jīng)濟(jì)壓力主要來自于航空公司客戶[8]。由于相關(guān)壓力的推動，效率更高的發(fā)動機(jī)應(yīng)運(yùn)而生[9-10]，設(shè)計(jì)也會產(chǎn)生根本性的變化，例如上文所述的翼身融合技術(shù)。飛機(jī)的4D航跡是在原有的三維空間基礎(chǔ)上增加時(shí)間軸，被稱為“四維導(dǎo)引”。這意味著事實(shí)上任何的延誤都會導(dǎo)致航跡的扭曲失真，甚至嚴(yán)重到飛行高度層的改變或水平位置的改變。而4D導(dǎo)引的優(yōu)點(diǎn)則包括：優(yōu)化航空公司運(yùn)營，降低成本及縮短時(shí)間，減少尾氣排放并減少管制員的工作量。其他壓力，尤其是對發(fā)動機(jī)制造商的壓力主要來自于減少碳排放量以及降低發(fā)動機(jī)噪聲等方面。2.2部件采購趨勢。部件采購的最新趨勢是航空公司自身購買或租借個(gè)別的部件，而不采用飛機(jī)研制方指定的供應(yīng)商提供的部件，這些零部件可能是各種閥、泵、風(fēng)扇等。雖然經(jīng)濟(jì)利益對于飛機(jī)運(yùn)營商非常重要，但是如果購買的部件不滿足航空質(zhì)量要求，航空公司將會面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)。最重要的一點(diǎn)是，這些零部件的工作環(huán)境對于不同的航空公司、不同的飛機(jī)和不同的飛機(jī)區(qū)域可能各不相同，例如，飛機(jī)發(fā)動機(jī)短艙內(nèi)的環(huán)境溫度與貨艙相比會更高。因此，飛機(jī)運(yùn)營商有責(zé)任保證所有以這種方式采購的零部件均滿足飛行要求。

3結(jié)論及展望

商用飛機(jī)具備較高的使用價(jià)值，未來在民用航空運(yùn)輸領(lǐng)域依然會扮演著重要角色，針對其開展的技術(shù)研發(fā)亦有著重要意義。而相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)水平的不斷提升，必將創(chuàng)造民用航空運(yùn)輸領(lǐng)域的明日輝煌。

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作者:伍賽特 單位:上海汽車集團(tuán)股份有限公司