年度明星 航空技術(shù)

武晨

3D打?。骸澳Ф剐?yīng)”漸入佳境

3D打印于2012年開(kāi)始進(jìn)入媒體視野，事實(shí)上制造業(yè)對(duì)它的關(guān)注已經(jīng)持續(xù)了20年，2013年則是結(jié)出累累果實(shí)的開(kāi)始。在2013年5月29日召開(kāi)的首屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，知名3D打印行業(yè)研究機(jī)構(gòu)Wohlers Associates公司所發(fā)表的2013年報(bào)告顯示：2012年，全世界3D打印行業(yè)總產(chǎn)值增長(zhǎng)了28%，達(dá)22億美元。3D打印機(jī)的全球銷量同比增長(zhǎng)25%，其中38%產(chǎn)自美國(guó)，中國(guó)占8.5%。美國(guó)《時(shí)代》周刊已將3D打印列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”，而3D打印技術(shù)也入選了麻省理工學(xué)院《科技評(píng)論》雜志“2013年度突破性科學(xué)技術(shù)大獎(jiǎng)”。

在航空領(lǐng)域，GE航空集團(tuán)2012年收購(gòu)了Morris科技公司，這家公司獨(dú)有的層疊制造工藝可以利用3D打印技術(shù)將金屬粉末打印成各種部件。2013年8月GE航空集團(tuán)成功利用這項(xiàng)技術(shù)制造出LEAP噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴。目前GE航空計(jì)劃與斯奈克瑪合作，最晚于2016年啟動(dòng)增材技術(shù)生產(chǎn)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的全速生產(chǎn)。

中國(guó)在3D領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)最典型的是鈦合金大型構(gòu)件激光成型技術(shù)。2012年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，北航和中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成型技術(shù)”獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。其制造的大型復(fù)雜整體鈦合金構(gòu)件成功在C919大型客機(jī)等研制生產(chǎn)中得到工程應(yīng)用。

機(jī)上Wi-Fi：新利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)有待標(biāo)準(zhǔn)化推廣

2013年7月4日，在國(guó)航北京飛往成都的CA4108航班上，乘客按照工作人員的提示，在平板電腦上輸入用戶名、密碼和座位號(hào)后就能自由登錄實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，自由瀏覽股票、電子郵件，甚至刷新微博。中國(guó)民航局局長(zhǎng)李家祥更從這次航班上發(fā)出了國(guó)內(nèi)首個(gè)空中微博。

機(jī)上Wi-Fi技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)不算稀奇。2013年1月17日美聯(lián)航在一架執(zhí)飛國(guó)際航線的寬體飛機(jī)上首次推出了基于衛(wèi)星的機(jī)上無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而成為美國(guó)首家在長(zhǎng)途國(guó)際航線上提供該服務(wù)的航空公司。該飛機(jī)機(jī)型為波音747，其采用了松下航空電子公司的Ku波段衛(wèi)星技術(shù)，為跨大西洋和太平洋航線上的乘客提供機(jī)上無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。美聯(lián)航預(yù)計(jì)在年底完成主要航線上300架飛機(jī)的衛(wèi)星無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安裝工作。

松下航電公司所采用的“星基”技術(shù)方案是指機(jī)載系統(tǒng)直接把數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫l(wèi)星，再由衛(wèi)星發(fā)回地面網(wǎng)絡(luò)中心。與之相對(duì)應(yīng)的“陸基”技術(shù)是通過(guò)改造地面基站，與機(jī)載系統(tǒng)直接通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。國(guó)航的Wi-Fi測(cè)試航班所用的是“星基”技術(shù)。二者各有利弊：“星基”技術(shù)原理實(shí)際上可以提供全球上網(wǎng)功能，適用于國(guó)際航線，但要提高上網(wǎng)速度所需成本和難度也較高；而“陸基”技術(shù)的提升成本較小，但航行途中網(wǎng)速變化頻繁，地面基站所能夠服務(wù)的航線范圍有限。

機(jī)上Wi-Fi正在成為航空公司所提供的乘客體驗(yàn)服務(wù)的重要產(chǎn)品，同時(shí)也受到了國(guó)內(nèi)各大互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的青睞。但這一技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用還有待技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定和民航局的審批。

小翼之戰(zhàn)：高油價(jià)下的“老”把戲

2013年5月17日，東航接收中國(guó)首架裝配“鯊鰭小翼”的空客A320，成為了中國(guó)首家使用“鯊鰭小翼”A320的航空公司。2013年10月，空客宣布啟動(dòng)針對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的A320系列飛機(jī)的“鯊鰭小翼”改裝服務(wù)，這項(xiàng)服務(wù)將于2015年開(kāi)始正式實(shí)施。同時(shí)更宣布計(jì)劃為A380巨無(wú)霸客機(jī)安裝翼梢小翼，以提高燃油效率。

空客“鯊鰭小翼”推出于2009年底，是現(xiàn)款A(yù)320系列飛機(jī)的選裝配置，也是新推出的A320neo系列飛機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置。越來(lái)越多的航空公司客戶主動(dòng)選擇配有“鯊鰭小翼”的A320系列飛機(jī)，它正在成為難以或缺的一部分。

據(jù)稱，空客之所以此時(shí)推出“鯊鰭小翼”，是看準(zhǔn)燃油價(jià)格上漲對(duì)航空公司的壓力越來(lái)越大的時(shí)機(jī)，使得鯊鰭小翼能夠?qū)蛻羝鸬阶铒@著地成本降低作用。事實(shí)也證明“鯊鰭小翼”大受歡迎：2013年空客計(jì)劃交付的A320系列飛機(jī)中，大約有一半裝配鯊鰭小翼；而將于2014年交付的A320系列飛機(jī)中，絕大部分都將裝配鯊鰭小翼。

在空客推出“鯊鰭小翼”的同時(shí)，波音繼2001年推出的737系列飛機(jī)上的小翼之外，于2012年公布了為737MAX專門(mén)研制的一項(xiàng)新的翼梢小翼設(shè)計(jì)概念——“雙羽狀”翼梢小翼。而APB公司幾乎在同一時(shí)期也開(kāi)始了為737NG研制新型翼梢小翼的工作，并設(shè)計(jì)出了“雙叉彎刀”翼梢小翼。

電動(dòng)滑行系統(tǒng)：提升環(huán)保，降本與運(yùn)營(yíng)效率的多贏“利劍”

日前，空客公司與霍尼韋爾航天公司（Honeywell Aerospace）和賽峰公司（Safran）合資組建的EGTS（Electric green taxiing system）國(guó)際公司簽署諒解備忘錄，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)并評(píng)估用于空客A320系列飛機(jī)的自動(dòng)電動(dòng)推出及滑行解決方案。該協(xié)議標(biāo)志著EGTS開(kāi)發(fā)的電動(dòng)綠色滑行系統(tǒng)已經(jīng)被選定作為A320系列飛機(jī)的新的推出及滑行解決方案的選項(xiàng)之一來(lái)加以評(píng)估。

這一綠色電動(dòng)滑行系統(tǒng)于2013年夏通過(guò)第一階段滑行測(cè)試，并在巴黎航展上亮相。2013年9月底，這套系統(tǒng)又亮相于北京國(guó)際航空航天展。

此項(xiàng)技術(shù)使飛機(jī)在滑行期間無(wú)需使用主發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，改為以飛機(jī)自身的電力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)自主滑行。與混合動(dòng)力汽車(chē)在低速行駛時(shí)使用電力的原理相似，綠色電動(dòng)滑行系統(tǒng)將顯著減少飛機(jī)在滑行期間使用主發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)間，進(jìn)而在每次飛行班次中降低多達(dá)4%的燃油消耗，提升航空公司運(yùn)營(yíng)效率，也使得機(jī)場(chǎng)管理靈活性更高。

由于飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳使用狀態(tài)是在飛行狀態(tài)下而非滑行期間。因此飛機(jī)在地面滑行時(shí)，會(huì)造成與功率不成比例的燃油浪費(fèi)。根據(jù)霍尼韋爾和賽峰集團(tuán)估計(jì)，中短程飛機(jī)每天的滑行時(shí)間最多長(zhǎng)達(dá)2.5小時(shí)，綠色電動(dòng)滑行系統(tǒng)可幫助每架飛機(jī)每天節(jié)省大約600千米的燃油量。

超聲速飛機(jī)：多國(guó)搶占技術(shù)高地

在后協(xié)和時(shí)代，超聲速飛機(jī)仍然吸引著人們的目光。在美國(guó)，如果沒(méi)有FAA的豁免，馬赫數(shù)0.99以上的飛行是被美國(guó)政府禁止的。國(guó)際民航組織（ICAO）的標(biāo)準(zhǔn)也禁止任何能夠造成“聲波擾動(dòng)”的飛機(jī)飛行，但這一標(biāo)準(zhǔn)的另一層定義則是：如果飛機(jī)產(chǎn)生的超聲速?zèng)_擊波無(wú)法被地面感知，則可以飛行。因此消除超聲速?zèng)_擊波的技術(shù)已經(jīng)成為了航空制造商眼中的必爭(zhēng)標(biāo)的。

據(jù)外媒報(bào)道，NASA正在計(jì)劃與飛機(jī)制造商合作，建造一架X系列一百座的超聲速驗(yàn)證機(jī)，旨在向監(jiān)管機(jī)構(gòu)證明新科技和設(shè)計(jì)技術(shù)能夠降低聲爆以達(dá)到內(nèi)陸航班的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。

灣流公司（Gulfstream）也發(fā)布了最新超聲速公務(wù)機(jī)設(shè)計(jì)并申請(qǐng)專利，設(shè)計(jì)圖顯示了該飛機(jī)的一些特征：可伸縮的機(jī)鼻、高傾斜角度的機(jī)身以及可變后掠翼。灣流公司已經(jīng)獲得了“超聲低語(yǔ)者”（Sonic Whisper）的商標(biāo)，計(jì)劃用于其最新的超聲速飛機(jī)。目前灣流公司最快的飛機(jī)是G650，曾創(chuàng)下馬赫數(shù)0.925（約1133km/h）的最高速度。

而2013年8月，日本宇宙研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）在瑞典的一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)也實(shí)施了無(wú)人超聲速試驗(yàn)機(jī)落下飛行試驗(yàn)。可惜試驗(yàn)機(jī)在飛行過(guò)程中發(fā)生異常振動(dòng)，隨后降落地面。該型飛機(jī)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)也是降低飛機(jī)在進(jìn)行超聲速飛行時(shí)的噪聲，以便推進(jìn)超聲速飛機(jī)的商用進(jìn)程。

太陽(yáng)能飛機(jī)：詩(shī)意生活，概念先行

2007年11月5日，歷時(shí)四年完成的“太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)”（Solar impulse）太陽(yáng)能飛機(jī)樣機(jī)在瑞士亮相。2013年夏天在美國(guó)結(jié)束了為期兩個(gè)月的跨越美洲大陸之旅。自2010年4月7日首飛成功后，“太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)”號(hào)于2011年首次完成瑞士至比利時(shí)跨國(guó)飛行，曾創(chuàng)造了26小時(shí)9分的不間斷晝夜飛行紀(jì)錄，由此成為目前世界上飛行時(shí)間最長(zhǎng)的太陽(yáng)能飛機(jī)，也是首次進(jìn)行夜間飛行的太陽(yáng)能飛機(jī)。接下來(lái)于2012年5月完成瑞士至摩洛哥跨洲飛行，計(jì)劃在2015年進(jìn)行環(huán)球飛行。

太陽(yáng)能飛機(jī)雖已有30年歷史，但在“太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)”號(hào)之前的飛機(jī)僅能在白天飛行。“太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)”作為全球第一架晝夜飛行的飛機(jī)，并無(wú)任何排放或污染，展現(xiàn)了可再生能源的巨大潛力。在此之前，從未有過(guò)如此大的輕型飛機(jī)：約1.2萬(wàn)塊太陽(yáng)能板集成在機(jī)翼上，采集可再生能源并存儲(chǔ)于4個(gè)電動(dòng)機(jī)，白天所產(chǎn)生的電能還可以存儲(chǔ)在鋰電池里，這些能量將可驅(qū)動(dòng)飛機(jī)夜間飛行。

鋰離子電池：安全性有待配套技術(shù)支持

比起鎳鎘電池，鋰電池正因?yàn)橹亓扛p、充電更快而得到電池生產(chǎn)商的大力推銷。在新能源風(fēng)潮的席卷下新型電池正在越來(lái)越多的成為替代汽油的動(dòng)力系統(tǒng)。但這條路并非一帆風(fēng)順。

由于鋰電池像汽油箱一樣，能量高，材料穩(wěn)定性差，因此具有著火、燃燒，甚至爆炸的可能性。雖然企業(yè)之間的電池和電控系統(tǒng)都不盡相同，但不管是磷酸鐵鋰電池還是三元電池都沒(méi)有從本質(zhì)上解決電池的安全性問(wèn)題。

2013年年初，波音787飛機(jī)連續(xù)發(fā)生多次事故，全日航空公司的波音787鋰電池起火事件最終引發(fā)了全球波音787停飛的多米諾骨牌效應(yīng)。受此影響，空客正考慮放棄在新型A350飛機(jī)上使用鋰離子電池，改為采用傳統(tǒng)的鎳鎘電池。但波音宣稱對(duì)鋰離子電池的信心并未受到打擊。波音表示將持續(xù)改進(jìn)電池組設(shè)計(jì)，例如，在鋰離子電池的各個(gè)單元格中加入絕緣材料，為重新設(shè)計(jì)的電池配上一個(gè)廢氣排放機(jī)制，并安裝由耐高溫玻璃制成的外殼。據(jù)悉波音也正在開(kāi)發(fā)相應(yīng)設(shè)備，以便讓新電池能直接替換舊電池；并研發(fā)能夠讓飛行員監(jiān)控各個(gè)電池單元格的監(jiān)控設(shè)備。

可選駕駛系統(tǒng)：軍民領(lǐng)域的雙重寵兒

今年西科斯基公司公開(kāi)了新研發(fā)的技術(shù)。這一名為“Matrix”的成套技術(shù)是一組軟件算法，可使飛行器擁有更高等級(jí)的自主性?！癕atrix”的目標(biāo)是將方程式中的控制人員完全去除，用軟件采集狀態(tài)數(shù)據(jù)和信息、進(jìn)行處理并做出飛機(jī)如何應(yīng)對(duì)的決策。該程序在困擾駕駛員的某些任務(wù)中尤其有用，如飛入沙暴或在風(fēng)浪大的航母甲板上著陸。利用“Matrix”系統(tǒng)引導(dǎo)飛機(jī)，飛行員面臨的挑戰(zhàn)能被完全消除。

西科斯基表示該架構(gòu)可用于有人駕駛、選擇性駕駛和無(wú)人駕駛飛行器，可集成到現(xiàn)有的飛行器上，可融入未來(lái)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，也可作為系統(tǒng)或應(yīng)用程序集成到西科斯基或其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手生產(chǎn)的飛機(jī)中。

西科斯基正使用美國(guó)陸軍的S-76和UH-60MU進(jìn)行測(cè)試，如果該技術(shù)驗(yàn)證成功，可應(yīng)用到多種軍事用途，特別是自動(dòng)貨物運(yùn)輸。

飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼下表面壓強(qiáng)高，上表面壓強(qiáng)低，因此下表面氣流就會(huì)在翼尖處流向上表面，這樣在翼尖處就不斷形成旋渦，從而產(chǎn)生“誘導(dǎo)阻力”，阻礙飛機(jī)前行。鯊鰭小翼可以部分阻斷機(jī)翼翼尖處的上繞氣流，使旋渦減弱，從而減小阻力，進(jìn)而達(dá)到節(jié)油的效果。