老兵新传

晨枫

尽管英国“彗星”式是世界上第一种喷气式客机，波音707才是真正使民航进入喷气的第一种喷气式客机。50年代时，航空已经进入喷气时代，民航客机的喷气化是大潮流，但面对天文数字的研制经费，波音清楚地知道航空公司不会愿意垫付新型喷气客机的研制费用，所以波音以喷气式加油机为名，试图将美国空军拉下水。但美国空军不理波音的茬，波音只得单干。在B-52试飞成功一周后，波音决定倾入战后所有利润的2/3，以1千6百万美元的巨资向喷气式客机冲击。波音用B-47的机翼和翼下吊挂发动机的布局，配以螺旋桨推进的波音377的机身，开始了新机的设计。为了掩人耳目，波音称新机为367-80。波音的工程师们很快就认识到，这样的半吊子设计是死路一条，只有重起炉灶全新设计。新机已经和377没有太大关系了，但波音还是继续用367-80的名目，或简称为-80（Dash 80），以迷惑竞争对手。波音在367-80上狂赌了一把，在试飞前，还没有空军或航空公司的订单时，就开始建立生产线。1955年8月7日首飞时，试飞员Tex Johnston在华盛顿湖上空得意忘形地做了一个横滚，把在地面上观摩的波音高层惊得个肝尖儿颤，因为失败的后果不堪设想。当然，367-80的首飞是成功的。



英国“彗星”式客机是世界上第一种喷气客机

但波音707才真正开始了民航的喷气时代
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; h6 x* b& I& E! P为了掩人耳目，波音用377-80的代号称呼研发中的四发喷气客机，定名707是后来的事情

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) e# P! w8 c* H367-80首飞后一周，美国空军就改了主意，订货29架KC-135加油机，以后数以百计的KC-135成为美国空军空中加油的主力，直到60年后的今天，依然在等待接班人。波音随即将367-80改成喷气客机，这就是波音707的开始。很快，波音707开始大量占领民航市场，成为世界民航进入喷气时代的主力军。曾经是国力象征和古典机器时代之浪漫极致的豪华邮轮很快进入了历史的博物馆，被轻捷流线的喷气客机所取代。波音707取得了巨大的成功，美国总统的专机也在1963年换型为波音707。肯尼迪遇刺后，约翰逊就是在波音707的“空军一号”上宣誓就职。1971年尼克松乘坐波音707的“空军一号”到北京作历史性的访问的时候，中国大众也第一次见识了波音707。到1991年停产时，波音共生产了1009架707，其中包括用于E-3预警机等军用707和720，但不包括C-135系列的加油机和电子战飞机。

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60年后的今天，除了军用的表亲外，民航的波音707已经大体绝迹。除了用于货运外，从波音707缩短并改为机尾三发的波音727也大体退出民航。为了适合短程的支线航空需要，波音还将机身进一步缩短，研制了双发的波音737。1964年11月，波音开始初始研究。1965年2月汉莎航空首先投资6700万美元订购21架。1967年4月9日首飞，1968年2月10日，第一架波音737交付汉莎航空，从此开始了世界历史上最畅销的民航客机的生涯。到2012年7月为止，波音已经交付了7251架各型波音737，另有2790架订货，最终总数有望超过10000架。
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1 |- a# c6 w# u. ~第一架波音737后来交给NASA做飞行研究用

1 u+ n3 F" l! h; C% @裸露的主起落架至今依然是波音737的特征

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在民航客机中，波音737首先采用双人机组，取消了导航员和无线电员的编制，减低了航空公司的运营成本。由于从波音707发展而来，波音737保留了每排3+3座位，和2+3座位的同级的DC-9、BAC-111等相比，机舱宽大、舒适，也便利于搭载标准航空集装箱。支线客机需要在简易机场运行，要求发动机离地近，便利于只有简易设备的支线机场的地勤维修和迅速周转。较短的起落架的重量较轻，波音737的主起落架甚至只把机轮收起，平放在机身腹部，连整流的盖板都没有，以减轻重量。波音737对机场和跑道要求低，甚至有适用于简易土跑道的升级套件，阿拉斯加航空公司就曾经用波音737飞只有简易跑道的偏远机场。
但飞机高度降低，使得发动机离地净空很小。波音以发动机短舱不对机翼造成遮挡和地面杂物不至于吸入发动机为限，缩短了起落架高度，而发动机短舱则直接安装在机翼下表面，而不是像波音707那样由刀形吊架吊挂的方式。另一方面，波音对直接安装发动机短舱的连接结构做了大量的风洞试验。试验结果表明，较宽的连接结构实际上降低了阻力。这似乎违反常理，但这和发动机短舱和机翼下表面的交互作用有关。较宽的连接结构填补了发动机短舱上弧面和机翼下表面之间的很多空间。不这样的话，气流在这里局部加速，实际上造成机翼升力的局部损失，需要增加翼展或者推力来补偿。事实上，发动机短舱的设计很有讲究，乌克兰的安东诺夫在将安-72军用运输机改为支线客机安-148时，把翼上发动机改装为翼下发动机，就是因为发动机短舱和机翼之间造成意外的不利交互作用，带来过度的阻力，使得改型不成功。后期波音737采用直径更大的发动机。为了避免离地高度问题，利用涡扇发动机的直径前大后小的特点，把整个发动机向前向上移动，发动机短舱的上唇实际上和机翼齐平了。另外，为了最大限度地解放发动机短舱的地面净空，原本在发动机底部的附件搬家，放到发动机短舱的两侧，使得短舱向两边鼓出，造成底部压扁的印象。
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波音737-100的发动机安装方式很特别，吊架宽短，一反常规

后期波音737依然采用短挂架，但发动机的下唇压扁，以争取净空
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翼尖也装上了时髦的小翼


波音737到现在经历了四代：最初的基本型、80年代的经典型、90年代的“新一代”和眼下灸手可热的MAX。基本型包括波音737-100和-200，-100已经全部退役，最后一架-100从NASA退役后，现在西雅图的波音飞行博物馆里展出。-200的机体加长，最后一架在1988年交付厦门航空公司，现在-200也大多退役。经典型包括波音737 -300、-400和-500，最大的变化是采用新一代的CFM56涡扇发动机，代替老式的JT8D，油耗降低25%。-300的机体加长，-400的机体进一步加长，-500的机体有所缩短但航程增加，直接取代更加耗油的波音737。中机身和机翼连接的部位有所增肥，改善跨音速面积律分布，降低阻力；翼展加大，采用先进电子飞行信息系统。经典型波音737现在仍在大量使用，但燃油价格急剧上升，西方航空公司在2000年时平均只有15%的机票价格用于支付燃油成本，2008年已经上涨到40%，未来趋势是只升不迭，所以经典型波音737正在大批被“新一代”波音737取代，二手的经典型波音737则成为前苏联国家民航的最爱，被大量买进，用于取代油耗、噪音和舒适都落后于时代的老式图波列夫、雅克和伊柳辛客机。

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5 i7 H# P1 Z) K2 K& _8 h) d波音737在一开始并不是一个重点型号，波音对这“小弟弟”三心二意，汉莎航空最初订购的时候还特意要波音保证不会中途下马。1970年，波音737的新增订货只有37架，前景蒙上阴影。但丑小鸭最终是要变成白天鹅的，近30年辉煌之后，波音737成为支线客机的标杆，波音赚的钵满盆溢，大西洋彼岸的空客急起直追，推出平地惊雷的A320，攻城略地，强力争夺波音737 的传统用户，严重威胁了波音737的地位。波音急起直追，推出波音737NG，NG意为New Generation，新一代。NG包括波音737 -500、-600、-700、-800和-900。-600取代-500，但-700取代-300，加长的-800取代-400，2001年推出的首次交付的-900是最长的波音737，载客量达到189人，和最后的波音707-320相同，并取代了波音757。NG采用了最新的电传飞控、侧杆操纵、翼尖小翼等重大改进，当然还包括新设计的机翼、更低油耗的发动机和加长的机体，进一步改善经济性、舒适性性、操控性和维修性。
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但是波音737的基本技术毕竟已经40多年了，世界历史上还鲜有这样连续生产那么长时间的大型民航飞机。波音在推出划时代的波音787之后，有意以波音787的基本技术研制新一代的单通道客机，采用复合材料机体和机翼、电驱动飞控、新一代涡扇发动机（如普拉特惠特尼PW1000G齿轮传动涡扇、通用电气GEnx、CFM LEAP56、罗尔斯罗伊斯Trent 1000），计划在2020年以后推出。波音777和787都是双通道的。但是空客的动作打乱了波音的计划，空客推出了A320NEO。
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空客在推出A380之后，元气大伤。和波音787竞争的A350一波三折，采用A330机体截面基本设计的原设计被业界痛贬，只得重起炉灶加宽机体，极大地提高了成本，推迟了入场时间，也打乱了空客的计划。但A320一支独秀，畅销不衰，到2011年12月31日的累积交付已达4947架。在世界各地登机在册依然在营业飞行的飞机中，波音737有5678架，但A320也达到4881架。考虑到A320是1987年首飞、1988年才首次交付，比波音737晚了20年，这个业绩十分可观。A320的基本技术比波音737新20年，空客也无力启动全新研制计划，于是采用换装发动机的办法，使A320的经济性达到一个新高度。NEO就是New Engine Option，发动机新选项的意思。
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如果按照生产时间加权的话，A320比波音737还要成功，A320NEO是空客下20年的看家产品

2 u# ?7 F$ A# kA320NEO成功的关键在于PW1000G发动机
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PW1000G的奥秘则在于这行星齿轮减速器


* o: m) q& v% d" q+ {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1000多架订货。波音预计未来20年里世界上有7000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1000架订货。
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% l3 R5 \5 t1 f/ F) L, W; H! X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
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* p7 a# s, j9 k# `5 Z# L737MAX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


% P. Y- E+ c# {: k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（1981毫米）至今来说，LEAP-1B的直径降低到69.4英寸（1762毫米），尽管比波音737NG上用的CFM56-7B的61英寸（1549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。
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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。
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) n  }" ~6 O& n% Z- V( L  h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。



; s6 S1 Y3 h) Z& o9 [/ F“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

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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。

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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72302公斤，航程7035公里；MAX 8为39.5米，载客162人，最大起飞重量82190公斤，航程6700公里；MAX 9为41.2米，载客180人，最大起飞重量88314公斤，航程6480公里。MAX 9还将代替波音57-200，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。


. f6 m7 i0 r, x9 g) q+ }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。波音生成MAX比NEO的每座运行成本要地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。

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晨枫

猫元帅 发表于 2013-2-5 20:44
1 \( X. M) f# H$ T! W对双发客机的跨洋飞行限制的放宽，是修改了哪个条例？

, |& _4 [+ a: t4 pETOPS，全称为Extended Operations。现在有ETOPS120，180，240，分别容许双发飞机在任何时候都能单发坚持的最短时间。

晨枫

holycow 发表于 2013-2-5 21:09
% J! o4 ~3 L; e% ]6 `. r: G, j波音放弃全新的797专攻737MAX，一方面是320NEO大获成功，另一方面是为了在窄体客机市场保持和空客双寡头垄 ...

797不是也应该是窄体的吗？巴西人的E-Jet系列不是还在搞吗？不过倒也是，ERJ-190也只有122座，还是不到150座。C-919在国际市场上估计抢不走737MAX和A320NEO多少市场，主要市场还是在国内。高铁大发展后，C-919的定位变得微妙了。

晨枫

xlan1976 发表于 2013-2-8 10:12
  f9 P0 u$ ~. T  B1 d9 ?彗星其实是个比较悲剧的机型，安全性隐患严重，连着出了几次事故。不过通过对彗星事故的调查，确实为后来的 ...

3 Y+ I% \; m, }& m2 U+ i图154是和波音727同时代的，比707要晚10年。