話宇專欄丨波音完成首架 777X 組裝,配有世界上最大客機引擎

2018 年 11 月 20 日,承擔著波音公司下一代主力機型希望的波音 777X 傳來了新消息,首架 777X 試飛飛機在華盛頓州埃弗雷特工廠(Everett)完成了組裝,接下來需要等待的就是 2019 年的首飛和 2020 年後交付客戶了。

在這個被稱為“最終機體對接”的生產環節中,波音團隊將 777X 飛機的機頭、中機身段和後機身段連接起來。組裝完成之後,飛機全長可達 77 米,一舉成為航空史上機身最長的噴氣式客機。

波音 777X 傳承自波音公司製造的中遠程雙引擎寬體客機、也是目前全球最大的雙引擎寬體客機波音 777,二者通用性高達 60%。2011 年 9 月,波音公司宣佈 777X 飛機計劃,並透露了 777-8X 和 777-9X 兩種機型,其中,777-8X 是 777-200/-200LR 的後繼機,載客 353 名,直接對標 A350-1000,而 777-9X 是 777-300ER 的後繼機,載客 407 名,主打低每座運營成本。

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之所以波音會提出 777X 計劃,主要還是要應對老對手空客集團的 A350 新一代飛機(A350-1000,A350-900ULR),牢牢佔據全球雙通道寬體客機的市場。根據波音的介紹,與競爭機型相比,777X 機型油耗低 12%,運營成本低 10%。

世界最大的 GE9X 引擎

有了前輩波音 777 和波音 787 的鋪墊,777X 飛機可以說是含著金湯匙出生的。運用了包括第四代全新複合材料機翼、GE9X 先進發動機、新一代駕駛艙綜合航電系統和電傳操縱系統以及在大型民用客機中首次應用的摺疊式翼梢設計等等。

作為 777X 飛機的標配引擎,GE9X 備受關注。這款發動機由 GE 公司改進自波音 777 所配裝的 GE90 發動機風扇直徑達 3.34 米,進氣道直徑為 4.5 米,推力可達 470 千牛,是世界最大商用航空發動機,甚至比波音 737 飛機機身直徑還要大 76 釐米。值得注意的是,GE9X 的單位推力耗油率(SFC)比上一代 GE90 發動機要低 10%,即便是在 2020 年 777X 飛機服役時,GE9X 也能做到比同級別發動機低 5%。

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圖丨在GE9X(左)面前,CF6-80 C2發動機(右)相形見絀(來源:GE)

為了能夠達到這一嚴苛的目標,GE9X 在生產過程中有了巨大的革新,擁有新一代壓比達 27:1 的 11 級高壓壓氣機;高效率和低排放的第 3 代 TAPS III 燃燒室;採用陶瓷基複合材料(CMC)的燃燒室和渦輪,與金屬部件相比,陶瓷基複合材料強度增大一倍,耐熱性能顯著提升,而重量只有其三分之一;除此之外,已經在航空製造領域日趨成熟的增材製造技術和碳纖維材料也是用在了 GE9X 的生產上,16 個碳纖維的渦輪扇葉和 19 個 3D 打印的燃油噴嘴是最佳代表。

摺疊式翼梢

除了發動機,波音 777X 上另一項最為稱道的技術就是獨特的摺疊式翼梢。該技術的運用使 777X 得以增加翼展以提升機翼的氣動效率,從而降低對發動機推力的需求和燃油消耗。此外,摺疊式翼梢讓 777X 可以保持與現有 777 家族相同的機場適應性。

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對於民航客機來講,各家公司的主要競爭點都放在了舒適性和經濟性上面,而為了提升民航客機的燃油使用效率,在飛機設計中就需要儘可能地通過改變飛機機翼的設計來增加升力。而在影響升力的要素中,展弦比是一個值得關注的指標,它是指翼展的平方除以機翼面積。

如果機翼面積相同,在相同條件下展弦比大的機翼產生的升力也大,因而能減小飛機的起飛和降落滑跑距離、提高機動性以及增加亞音速航程,所以一般以亞音速飛行的民航客機都會選用大展弦比機翼。

那麼按照這個邏輯來看,似乎應該是在保持機翼面積不變的情況下,儘可能的拉長機翼的長度,換句話說,飛機的機翼應該是越長越細越好。

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圖丨波音 777X 纖細的機翼(來源:波音)

但在實際操作過程中,民航客機的機場飛行區等級嚴重限制了機翼的“擴張”。在 A、B、C、D、E、F 六個級別飛行區中,民航客機的翼展從 A 級的小於 15 米到 F 級別的最高 80 米不等,其中 E 級可以容納的飛機翼展為 52-65 米,F 級可以容納的飛機翼展為 65-80 米。也正因此,波音 747 全重、空客 A340 等四發遠程寬體客機、大型雙發客機波音 787 和波音 777 等都需要在 E 級以上機場起飛著陸,而空客 A380 這樣的更大的四發遠程寬體客機就只能使用 F 級的機場。

而轉過頭來看波音 777X,其翼展達到了 71.8 米,也屬於 F 級別,但這顯然限制了該機型在全球範圍內的廣泛適用性。為了解決這個問題,使該機型能夠在更多的機場起降,777X 採用了摺疊式翼梢,當飛機著陸後,翼梢可以向上摺疊,摺疊長度為 3.5 米,20 秒內就可以讓翼展降到 E 級飛機的水平。這一設計在民航客機上還屬首創。

迄今,波音已經贏得來自多家客戶的 340 架 777X 訂單和承諾訂單,而空客 A350 家族也在壯大,兩大對手的新一輪藍天爭奪即將展開。


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