波音的“環(huán)保工程”

陳培儒

綠色環(huán)保如今已經(jīng)成為航空業(yè)津津樂(lè)道的話題。今年6月，波音攜手阿拉斯加航空宣布，雙方將在波音最新的“環(huán)保驗(yàn)證機(jī)”（ecoDemonstrator）項(xiàng)目上開(kāi)展合作，在一架全新的737-9飛機(jī)上進(jìn)行20項(xiàng)技術(shù)的飛行測(cè)試。

一直以來(lái)，波音十分重視“環(huán)保驗(yàn)證機(jī)”項(xiàng)目的發(fā)展。盡管受到新冠肺炎疫情和737MAX事件的雙重影響，但過(guò)去兩年，波音從未停止為該項(xiàng)目提供資金和技術(shù)支持，該項(xiàng)目對(duì)于波音的重要性不言而喻。

靜音技術(shù)項(xiàng)目

作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，一直以來(lái)波音十分重視綠色環(huán)保技術(shù)在商用飛機(jī)上的應(yīng)用。在“環(huán)保驗(yàn)證機(jī)”項(xiàng)目之前，波音早在2001年就提出了“波音靜音技術(shù)項(xiàng)目”（QTD）。

在大多數(shù)情況下，飛機(jī)噪聲是某種形式的氣流偏轉(zhuǎn)失真或湍流。在地面上聽(tīng)到的噪聲，是由發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和機(jī)身噪聲組成的。在起飛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是主要噪聲，而機(jī)身噪聲是次要噪聲。在起飛時(shí)，起落架收上、襟翼偏轉(zhuǎn)角度小，是機(jī)身噪聲較小的原因之一。在飛機(jī)著陸過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和機(jī)身噪聲都較大，但在當(dāng)前大多數(shù)飛機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲仍然稍大于機(jī)身噪聲。為了選擇和開(kāi)發(fā)減噪技術(shù)，工程師對(duì)不同的噪聲源進(jìn)行了分類(lèi)，分別是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和機(jī)身噪聲兩大類(lèi)，而前者又包括噴流噪聲、風(fēng)扇噪聲、渦輪噪聲、壓氣機(jī)噪聲及圓鋸式噪聲;后者主要包括機(jī)翼噪聲和起落架噪聲。2001年，波音啟動(dòng)靜音技術(shù)驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目就是旨在減少飛行中的噪聲。

第一個(gè)QTD項(xiàng)目，是波音與羅羅公司的聯(lián)合項(xiàng)目。該項(xiàng)目借用了美國(guó)航空的一架777飛機(jī)。之后，波音又成功地推出了2號(hào)靜音技術(shù)驗(yàn)證機(jī)（QTD2）。這一后續(xù)項(xiàng)目進(jìn)一步驗(yàn)證了波音更多的先進(jìn)減噪理念。通過(guò)與古德里奇公司、GE航空和美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）等幾大業(yè)界合作伙伴共同努力，波音圓滿地完成了QTD2項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中，全日空航空公司提供了一架777飛機(jī)，用于QTD2項(xiàng)目的一系列飛行測(cè)試。QTD2驗(yàn)證機(jī)測(cè)試了多項(xiàng)減噪技術(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的鋸齒邊、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的吸音處理及起落架減噪功能。測(cè)試項(xiàng)目設(shè)計(jì)用于驗(yàn)證各項(xiàng)減噪技術(shù)，以為機(jī)場(chǎng)周?chē)木用褚约俺丝秃蜋C(jī)組人員提供更安靜的環(huán)境。

波音靜音技術(shù)計(jì)劃在2001年～2005年實(shí)施，該計(jì)劃中的多項(xiàng)技術(shù)之后被成功應(yīng)用到了787等一系列新機(jī)型的研發(fā)中。在該項(xiàng)目獲得成功之后，2011年，波音與美國(guó)航空公司、美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）合作，正式啟動(dòng)“環(huán)保驗(yàn)證機(jī)”計(jì)劃。

一代代“環(huán)保驗(yàn)證機(jī)”

作為企業(yè)、行業(yè)與政府三方共同合作的項(xiàng)目，波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目采用客運(yùn)和貨運(yùn)飛機(jī)為驗(yàn)證平臺(tái)，評(píng)估與安全性和效率相關(guān)的飛機(jī)新技術(shù)。與早期的靜音技術(shù)計(jì)劃主要針對(duì)降低飛機(jī)噪音不同，環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目關(guān)注的范圍更廣，該計(jì)劃的目標(biāo)是瞄準(zhǔn)整個(gè)航空生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)步，對(duì)可提高效率、降低噪聲、改善飛行體驗(yàn)的各項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證、改進(jìn)和應(yīng)用，促進(jìn)商用飛機(jī)制造商和航空公司進(jìn)一步提高運(yùn)營(yíng)效率、降低油耗、減少燃油排放和噪聲。

自2012年環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，該項(xiàng)目已經(jīng)在7架飛機(jī)上進(jìn)行了近200項(xiàng)新技術(shù)的測(cè)試和評(píng)估。這些技術(shù)涵蓋安全性、新型座椅、智能廚房、降噪節(jié)能等多個(gè)領(lǐng)域，其中很多已經(jīng)被波音或其他合作伙伴轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)成果，投入航線運(yùn)營(yíng)。

波音第一代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目是2012年在美國(guó)航空公司一架737-800飛機(jī)上進(jìn)行的，共完成了14個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。第一代驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目最顯著的成績(jī)就是后來(lái)被應(yīng)用到737MAX飛機(jī)上的先進(jìn)技術(shù)小翼的空氣動(dòng)力學(xué)性能。此外，包括可優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)效率的可變面積風(fēng)扇噴嘴、可用于飛機(jī)電力的可再生氫燃料電池、可持續(xù)航空燃料、主動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)控制等技術(shù)的研發(fā)都在第一代驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目中得到了很好的驗(yàn)證。

2014年，波音在自家787-8飛機(jī)上進(jìn)行了35個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，這也是第二代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目。在這一代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)上，波音首次使用了可再生柴油進(jìn)行飛行。波音還與NASA合作，嘗試了ASTAR系統(tǒng)微調(diào)，該技術(shù)有助于在進(jìn)場(chǎng)期間實(shí)現(xiàn)飛機(jī)之間的精準(zhǔn)間距控制。與此同時(shí)，在這一代驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目上，波音又嘗試了一些新的可提高燃油效率和降低噪音的創(chuàng)新技術(shù)。

2015年，第三代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)在Stifel飛機(jī)公司的一架757飛機(jī)上進(jìn)行并完成了20個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。這次，波音再次與NASA合作研發(fā)主動(dòng)氣流控制系統(tǒng)，以期改善方向舵上方的氣流。同時(shí)這一次，波音還在這架757飛機(jī)上嘗試用太陽(yáng)能和熱能來(lái)驅(qū)動(dòng)電子舷窗，從而達(dá)到減少布線、為飛機(jī)減重的目標(biāo)。

2016年，波音在巴航工業(yè)E170飛機(jī)上開(kāi)展了第四代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目的測(cè)試，這也是波音迄今為止最小的一款環(huán)保驗(yàn)證機(jī)。在這架驗(yàn)證機(jī)上，波音共完成了6個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，其中源自巴西的甘蔗被選作了可持續(xù)航空燃料。

2018年，第五代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)從客機(jī)變成了貨機(jī)。這一次波音選擇了聯(lián)邦快遞公司的一架777F貨機(jī)為平臺(tái)進(jìn)行了37個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，并在多個(gè)航班中使用了100%的可持續(xù)航空燃料。在這架環(huán)保驗(yàn)證機(jī)上，波音還測(cè)試了地面作業(yè)碰撞感知系統(tǒng)，利用飛機(jī)上的雷達(dá)和光學(xué)傳感器來(lái)探測(cè)其他物體。同時(shí)波音還與合作伙伴一起制造副產(chǎn)品作為高價(jià)值材料再利用，用于制造替代鈦合金（Ti64）的配件。

2019年，波音利用其自有的777飛機(jī)為第六代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)完成了53個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，這也是迄今為止波音在一個(gè)項(xiàng)目中完成最多的測(cè)試。在第六代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目中，波音取得了不俗的成績(jī)。如與NASA合作開(kāi)發(fā)的記憶鈦合金可以使渦流發(fā)生器根據(jù)溫度而變化;開(kāi)發(fā)的電子飛行包應(yīng)用程序在特定的天氣下可以自動(dòng)調(diào)整飛行航線;配備傳感器的廚房可以幫助航空公司更好地管理餐飲庫(kù)存等。

2020年，盡管新冠肺炎疫情對(duì)行業(yè)造成了巨大的沖擊，但是波音并沒(méi)有暫停第七代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目的推進(jìn)，其與阿提哈德航空合作，在一架787-10飛機(jī)上完成了9個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。針對(duì)疫情后對(duì)環(huán)境安全的更高要求，在該項(xiàng)目中，測(cè)試了便攜式紫外線棒，可對(duì)高接觸和難以清潔的表面（如駕駛艙控制面板）進(jìn)行消毒。在減噪方面，該項(xiàng)目的合作伙伴賽峰對(duì)起落架進(jìn)行了改裝。同時(shí)，波音還與NASA合作對(duì)下一代商用飛機(jī)的氣動(dòng)聲學(xué)進(jìn)行了全面的研究。

投資可持續(xù)發(fā)展

波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)至今已近10年，如今該項(xiàng)目對(duì)于波音來(lái)說(shuō)不僅是新技術(shù)的試驗(yàn)臺(tái)，同時(shí)也是波音致力于綠色發(fā)展的象征。對(duì)此，波音相關(guān)負(fù)責(zé)人曾對(duì)媒體表示，盡管近兩年來(lái)國(guó)際航空運(yùn)輸市場(chǎng)環(huán)境和波音自身都面臨著巨大的壓力，但環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的工作從未停止。波音認(rèn)為，未來(lái)綠色、可持續(xù)發(fā)展既是潛在的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也會(huì)是進(jìn)入市場(chǎng)的必要條件。因此，在波音看來(lái)，環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目的主要作用就是要持續(xù)評(píng)估近期和中期技術(shù)，以支持更廣泛的可持續(xù)發(fā)展。

2021年，波音與阿拉斯加航空合作的環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目是公司的第八代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目，同時(shí)也是首個(gè)使用737MAX機(jī)型進(jìn)行的驗(yàn)證項(xiàng)目。該驗(yàn)證機(jī)已于今年6月29日完成首飛，計(jì)劃進(jìn)行20項(xiàng)技術(shù)的測(cè)試，試驗(yàn)將持續(xù)到12月2日，這也是波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次。所有測(cè)試完成后，波音將會(huì)把這架飛機(jī)恢復(fù)至客運(yùn)構(gòu)型并正式交付給阿拉斯加航空投入航線運(yùn)營(yíng)。根據(jù)《航空周刊》的報(bào)道，在這架驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃完成的20項(xiàng)驗(yàn)證測(cè)試中，有5項(xiàng)試驗(yàn)值得關(guān)注。

一是測(cè)試一種可以顯著降低對(duì)臭氧層影響的新型飛機(jī)滅火劑——三氟碘甲烷（CF3I），用于替代已經(jīng)停產(chǎn)的哈龍（Halon）1301產(chǎn)品。目前，全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)禁止哈龍公司滅火劑的生產(chǎn)，國(guó)際民航組織明確了2024年為哈龍公司滅火劑的最后使用期限。為此，在此次的環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目中，波音正與美吉特（Meggitt）公司合作為未來(lái)飛機(jī)可應(yīng)用CF3I進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

二是與美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局合作測(cè)量大氣中的溫室氣體水平，以支持該機(jī)構(gòu)的氣候建模和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)活動(dòng)。環(huán)保驗(yàn)證機(jī)測(cè)試側(cè)重于最佳空氣采用策略，以最大限度地降低設(shè)備安裝成本和對(duì)飛機(jī)運(yùn)行的影響，同時(shí)最大可能地提高測(cè)量質(zhì)量。

三是評(píng)估降低現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，并探索在新一代發(fā)動(dòng)機(jī)上使用短艙降噪襯層的可能性。波音對(duì)阿拉斯加航空這架737MAX飛機(jī)的右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙進(jìn)行了改裝，在反推裝置上采用了先進(jìn)降噪襯層和其他處理方法，這些改進(jìn)將幫助應(yīng)對(duì)新一代超大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)和緊湊型短艙的不同噪聲足跡。在驗(yàn)證飛行中，這架飛機(jī)將在蒙大拿州比較復(fù)雜的地形上進(jìn)行飛行，以測(cè)試噪聲情況，評(píng)估這種新設(shè)計(jì)對(duì)降低噪聲的貢獻(xiàn)。

四是在所有新測(cè)試技術(shù)中，波音的研發(fā)人員還計(jì)劃將碳纖維廢料轉(zhuǎn)化為客艙內(nèi)飾側(cè)板。波音計(jì)劃回收777X機(jī)翼生產(chǎn)中的碳纖維復(fù)合材料，用于制造客艙側(cè)壁。這種耐用、輕質(zhì)的材料將可以降低油耗和客艙排放，并支持波音可持續(xù)制造的目標(biāo)。在制造和測(cè)試并行的同時(shí)，飛機(jī)測(cè)試將以面板的聲學(xué)特性為中心。盡管波音已將所有碳纖維回收，但這次試飛將標(biāo)志著回收材料首次進(jìn)入飛機(jī)供應(yīng)鏈。

五是測(cè)試可持續(xù)燃料的使用情況。2018年波音在聯(lián)邦快遞的一架777F環(huán)保驗(yàn)證機(jī)上創(chuàng)造了民用飛機(jī)首次使用100%可持續(xù)燃料飛行紀(jì)錄。在今年的環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目上，波音將測(cè)試摻混了可持續(xù)航空燃料的化石燃油在飛機(jī)上的使用情況。測(cè)試所使用的可持續(xù)燃料是World Energy公司通過(guò)農(nóng)業(yè)垃圾和廢物提煉出來(lái)的?；旌先剂现械目沙掷m(xù)燃料可以降低燃料壽命周期內(nèi)超過(guò)75%的碳排放。目前波音公司還計(jì)劃與監(jiān)管機(jī)構(gòu)和業(yè)界各方合作，提升目前50%的摻混比例限制來(lái)拓展可持續(xù)航空燃料的使用。今年1月，波音承諾，其商用飛機(jī)將在2030年前獲得使用100%的可持續(xù)航空燃料進(jìn)行飛行的能力。

截至目前，波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目已經(jīng)驗(yàn)證的技術(shù)數(shù)量已近200項(xiàng)，其中前幾代環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目所取得的成果中，有不少已經(jīng)在航空公司得以應(yīng)用。如波音目前已經(jīng)可以向飛行員提供實(shí)時(shí)天氣和其他數(shù)據(jù)的iPad應(yīng)用程序，能夠改進(jìn)燃油效率并降低碳排放。這些應(yīng)用程序補(bǔ)充了波音提供給航空公司用于優(yōu)化機(jī)隊(duì)利用率的數(shù)字化分析服務(wù)。此外，新一代777X上安裝的攝像機(jī)系統(tǒng)同樣來(lái)源于環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目所取得的成績(jī)，它可以幫助飛行員規(guī)避地面障礙來(lái)提高安全性。

綠色環(huán)保和降本增效是未來(lái)商用飛機(jī)產(chǎn)品保持競(jìng)爭(zhēng)力的重要抓手，而波音環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目恰恰是圍繞這兩方面開(kāi)展研究的。波音對(duì)環(huán)保驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目的定位并不是要在短期內(nèi)取得重大的、突破性創(chuàng)新成果，而是循序漸進(jìn)地開(kāi)展?jié)M足未來(lái)市場(chǎng)需要的新技術(shù)，即便是在公司發(fā)展最艱難的時(shí)刻，波音也沒(méi)有放棄對(duì)該項(xiàng)目的推進(jìn)?；蛟S這也是百年來(lái)波音能夠在業(yè)界屹立不倒的重要原因，那就是始終堅(jiān)信投資可持續(xù)發(fā)展就是投資未來(lái)。這一點(diǎn)值得中國(guó)企業(yè)學(xué)習(xí)和借鑒。