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在超音速民航的热浪尚未褪去的60年代,波音是把波音747作为超音速客机全面取代亚音速客机前的过渡来设计的。波音747作为客机的成功和长寿是波音始料未及的,所以波音最初是把波音747按货机设计的,这样日后亚音速客机不再有市场时,可以容易地转为货机,运载刚开始流行的航空集装箱。
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3 k; k' f6 w: E; N( B# P在波音747的年代,波音2707才是主力,747只是副业
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; k f6 F9 j! Y2707先后有过很多方案,这是早期的变后掠翼方案( P2 M0 R8 U2 u1 v- ~) e% h
' b5 X' P, C; }" l9 {3 E1 E另一方面,波音707前的波音377是最后的螺旋桨波音客机,泛美是主要用户。波音377不能算太成功,也就不温不火的样子,只生产了56架就停产了。同期同级的洛克希德“星座”则生产了856架。但特里普对波音377的豪华和双层客舱印象深刻,坚持波音747不仅客舱要宽大,还需要双层。这正好和波音要波音747便于日后转型为货机的心思一碰即和。
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CX-HLS的机首球锥本来就是一个可以整体向上掀起的艏门,这是天然的货机胚子。用作客机时,当然就简化成固定的机首球锥了。为了保持货舱的畅通和完整,驾驶舱依然保持在“二层楼”,形成波音747特有的“驼背”形状。& ^- w3 Q- O; M( ^: b
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; {* ~3 z' E9 g+ |3 g40年代末的波音377的下舱可以用作贵宾休息室,那时候也没有经济舱,所以所有旅客都能使用,特里普对这个布置特别赞赏,要求747也有类似的东西8 z2 {& m2 \1 [/ R/ s: ~
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可以上翻的机头用于货机型,客机把这个功能取消了,固定机头,减轻重量,还增加了几排头等舱座位
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2 w( `# D* A4 U& kCX-HLS是军用运输机,自然是上单翼,翼吊发动机既便于维修和对机翼卸载,又离地有一点距离,不至于在起飞着陆时吸进砂石。机身的多轮起落架减轻对地面的压力,有利于在野战机场起落。但作为民航客机,波音747要采用轻得多的前三点起落架,必须改成下单翼。下单翼也可以遮蔽一点发动机噪声,改善机舱内的舒适性。下单翼离地面近,还可以利用一点地面效应,增加起飞时的升力。但上单翼改下单翼可不是把机翼搬一个地方那么简单,波音最后基本上全新设计了机翼,只是在设计原理和制造技术层面上可以和CX-HLS共享。机尾也完全重新设计,把军用运输机的“鸭尾巴”形机尾改成客机常见的锥形,降低阻力。但这样一改,CX-HLS也顶多只剩下影子了。; G/ U- e, J- W4 p# C5 O, q
; ^) M- S0 U' u3 L0 [为了大大增加每排的座位数和减少旅客上下飞机的不便,波音从一开始就打算采用双走廊,双走廊日后成为所谓“宽机身”客机的标志。波音原先打算直接用CX-HLS的机身,全长双层,上层7座双走廊,下层8座双走廊,但这难以满足FAA对紧急疏散的规定,最后只好放弃上层,而加宽下层到9座双走廊,最终进一步加宽到3+4+3的10座双走廊。几十年后,A380的双层设计也遇到紧急疏散的问题,但技术毕竟进步了,最后解决了这个问题。1 H5 m' h/ y9 K6 Z, u6 P3 v0 H( E+ I
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双走廊在大大增加每排座位数的同时,保持的旅客进出的方便,最终成为宽体客机的标志( d% U% @4 u( J; M( t4 n
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0 m; ^; S. |+ g. V2 S在解决旅客紧急疏散问题之前,上层不能常设座位,只能座位贵宾休息室,这也成为747早期最突出的招牌形象,但实际上只有头等舱旅客可以使用,经济舱旅客还是只有老老实实坐在自己的座位上
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波音保留了上层的驾驶舱,不过在一开始,对驾驶舱后半到底干什么用没有底。由于紧急疏散的要求,这里不能载客,所以开始时,这里只是用于头等舱的酒吧。7 c4 Y- _! A2 P, {
1 L' p* T% L1 h" @( Y5 O# ~" dFAA要求任何客机的所有旅客必须在90秒内全部安全地疏散离机。波音招集了560名志愿者,但第一次试验时,用了两分半钟才疏散完毕,一些参试人员还在混乱中受了伤。后续试验总算达到90秒的要求,但有更多的人受伤。更糟糕的是,上层的旅客是身穿吊带用滑轮放下来的,很不实用。紧急疏散的问题用了很久才解决,增加紧急疏散口,改善疏散路线,上下层之间不用盘旋楼梯,改用加宽的直楼梯,这些措施最终解决了紧急疏散问题,此后上层逐步加长,直到波音747-400的时候,上层接近全长的一半。1 A& h( j1 y" ]% E# s+ a3 j8 _
! X, N! p) d# ^波音在设计中首创了故障树(Fault Tree)方法,确保单一系统或者部件故障不至于导致全面故障。设计中还大量采用了冗余系统,四台发动机分别驱动四余度操纵系统中的一套,所有控制面都分段,保证有足够的备用,这些措施极大地提高了系统可靠性。先进增升装置的大量采用更使得波音747可以在标准长度的跑道上起落,两两成对的主起落架在只有对角的两组还能工作时也能安全着陆。 w0 S4 x ]8 O/ N5 } E X2 \0 f
' y8 Q$ G+ [1 p6 N% m1 q但波音747设计中,最大的问题还是来自发动机。如果用波音707或B-52上用的涡喷发动机,波音747至少需要8台发动机,系统的复杂性和油耗都受不了。特里普对C-5上用的通用电气TF39大流量比涡扇发动机的低油耗、大推力非常感兴趣,但通用电气正忙于将TF39和C-5整合,没有多余的精力来顾及波音的需求,以TF39为基础的CF6要到很多年以后才可供波音747使用,罗尔斯·罗伊斯的RB211和后来的Trent系列是更后来的事了。) Y& F( h6 w1 ] Z
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波音看中通用电气的TF39,但那边的产能都被C-5占了,普拉特-惠特尼趁虚而入,奉上JT9,但故障率太高,差点坏了波音的大事
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在CX-HLS的发动机竟标中落选的普拉特·惠特尼乘虚而入,奉上与TF39同级的JT-9D。问题在于JT-9D是全新的发动机,直到波音747样机制成还没有试飞过。TF39也是全新的发动机,但空军对技术风险的承受能力和认证要求与民航完全不同,这个差别最终给波音747计划带来了极大的风险,波音为此几乎砸锅,不过这是后话。
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