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空客大佬告诉你:创新与未来的飞机是怎样的

 2017-01-14 来源:民航资源网 作者:Ason, Evablue, Louis  [投稿排行榜]
2017-01-14 11:18:12

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空客大佬告诉你:创新与未来的飞机是怎样的

  图:作为空客技术部门的执行副总裁,向宾负责研究和技术、所有的产品结构和概念开发、设计办公室、飞机试飞和认证等一系列事务。(空客)

  民航资源网2017年1月14日消息:现如今航空企业都不断提升创新的速度以应对未来的挑战。Aerospace对英国皇家航空学会高级会员、空客工程执行部副总裁向宾(Charles Champion)进行了专访,探讨对于设计明日飞机的飞行工程师而言,为什么现在是梦寐以求的好时候。

  Aerospace:您在参加2016年英国皇家航空学会会议上以创新为主题做了重要演讲。可以请您大致再谈谈那次演讲的大概内容吗?

  CC:几年前,我们在设计飞机时主要关注新飞机的外形、气动力学等方面。现在创新涉及面更广。我们可以清楚看到研发中创新的作用,相较于几年前,我们工作的方式有了明显改变。

  我们仍然沿用已有的技术成果,但是我们鼓励将创新融入进去,从而研发出新的工艺。这很有趣!我们也发现,很多趋势不仅与飞机制造相关,还涉及空中交通管制。现有的市场环境对于可持续的发展模式有越来越强烈的要求,驱动因素也越来越多。所以,现在创新的速度远远超过过去。

  图:2016年11月24日空客A350-1000客机首飞。(空客)

  Aerospace:现阶段航空公司主要关注改良机型和客舱微调。就您而言,您认为民用航空领域的下一步大飞跃是什么时候?您认为会是什么样的大事件?

  CC:空客一直都在做准备,所以我们几年前开始交付A350客机。近期,A350-1000客机首飞。我们已经研发出A320系列所有机型的升级机型,2016年我们获得了A321neo的认证。A330neo的认证也已经获得。但是我们还会继续为新一代的客机做准备。民用航空领域的下一步大飞跃,将发生在2025年,届时将有一款新机型投入服务,这个时间也有可能推迟到2030年。根据时间,我们必须研发不同的技术解决方案并使之成熟。

  我们必须同时在不同方面发力。一方面我们必须改善现有的产品,另一方面我们还必须为即将到来的2025年做准备,甚至是2030年。所以我认为这很有趣。这并不是你已经确定你要研发哪一款机型,什么时候研发。我们并不清楚,但是我们必须做好准备。因此,我们必须对未来飞机和其他首创技术投入重金进行研发。

  超音速飞机回归?

  图:2014年,空客与Aerion合作研发AS2超音速公务机。(Aerion)

  Aerospace:目前市场似乎有要重新生产超音速飞机的需求。航空业注意到了。受到空客支持的Aerion也注意到了。您认为,目前有关噪音等方面的限制要求越来越严格,超音速飞机是否可靠?

  CC:现在看来,超音速飞机确实是要回归了,但是我们认为仅限公务机领域。很多人愿意付出更高价格以获得更快的飞行体验,但是坦白来说,空中交通量每15年翻一番,超音速飞机回归并不能解决航路的问题。很现实的一点是,超音速飞机必须具备对环境更友好、油耗更低、排放更少、噪音更小的特性。从工程学的角度看这是很有趣的,但是我必须说我们的活动将围绕亚音速飞机展开。

  未来属于电动飞机

  图:从小开始,空客E-Fan电动飞机将为更大型、运力更大的电动飞机扫清路障。(空客)

  Aerospace:您认为未来飞机驱动力将来自哪里?开式转子发动机应用可能还需要20年。我们是否可以以直接跳到混合电力驱动?

  CC:在电动飞机的道路上,我们已经有了路标。我认为,这就是为什么创新的步伐不断加快的原因。过去5-10年汽车制造业的成就是惊人的。现在汽车制造商又将电动汽车引入汽车制造业。当然这也促进了技术向前发生,尤其是电池技术。随着电池技术的变革,全电动飞机的研发,尤其是大型飞机,已经初露端倪。

  电动飞机的研发旅程从空客研发的E-Fan电动飞机开始,未来将发展为教练机。当然,两座教练机与未来可以载客的客机还是有差距的。在这中间,我们需要研发出更精细的混合驱动系统。我们与发动机制造商罗罗公司以及西门子公司合作以找到可以用于飞机制造的电力技术。何时实现呢?大约在2030年,我们将研发出与空客A320一般大小的电动飞机。

  在合作方面,我们现在仍然在与不同的发动机制造商合作。我们仍然在研发反向旋转开放转子。要想使其应用,目前的挑战不仅在于燃油效率方面,还在噪音以及飞机飞行涉及的所有其他方面。

  我们目前还在研发一款超高涵道比的发动机。未来的趋势显然就是,发动机扇越来越大。最核心的部分是如何让发动机与飞机形成有机整体。我们仍然必须将发动机安装在机翼下面或者在靠近机翼的地方。或者你考虑像60年代那样将发动机挂在机尾。这些问题我们都在研究。我们必须跟发动机制造商紧密合作,因为大型发动机安装在飞机上,必须让发动机、发动机舱和机翼成为一个比现在更紧密的一个整体。

  图:空客E-Thrust混合电力飞机。(空客)

  Aerospace:推测一下,发动机的极端可靠性,是否意味着内置发动机的维护问题已经不再是问题了?

  CC:可以说是的。这取决于发动机的大小和飞机的尺寸。这也是为什么在空客提出的2050年概念机中,我们主要关注噪音和燃油效率,我们将发动机嵌入飞机后部水平安定面下面,所以我们可以减少外部噪音。

  坦白来说,2030年对于工程师而言是梦寐以求的,因为你可以探索很多的可能性,研究很多的新配置。

  图:空客A32O飞机3D打印扰流板原型

  Aerospace:提到3D打印或积层制造技术,人们总是兴奋异常。这样的宣传是否合理?您认为应用这项技术主要的障碍是什么?

  CC:我认为,这只是飞机制造。虽然未来有人会将这一技术应用到飞机库,但是不会所有的飞机都采用3D打印技术。至少对我们而言,这项技术还需要考虑使用的飞机数量。使用3D打印技术,的确有利于节约成本。相较于传统的铸造和打磨技术,3D打印技术可以最大限量利用材料。我们已经在A350的零部件中应用到3D打印技术,我们还计划将该技术应用到首个A350钛合金部件上。钛合金部件不仅要认证其本身,还要认证整个工艺和制造流程。我们也将以此作为动力更快发展,并且研发出比传统生产技术更接近最佳形状的复杂零部件!

  鼓舞下一代

  图:来自89个国家的将近5500名学生参加了2016年空客“让你的创意飞起来”全球学生大赛(FYI)。50支队伍进入了获胜候选名单,获胜者将于2017年5月宣布。(空客)

  AEROSPACE:空客在A350飞机内部进行了许多创新,但在公众或媒体看来,A350看起来非常像是一架传统飞机。如果空客没有像阿波罗或协和类型飞机这样看起来与众不同,或带有突破性的工程项目,空客是如何吸引和鼓舞年青人进入航空领域的呢?

  CC:这是个有趣的问题,因为我们也替年青一代向我们自己问了同样的问题。我想,几年前的问题应该是这样的:“你认为到2050年时候,你还会乘坐飞机吗?或者,脸书、社交媒体或者任何其它新东西是否意味着乘坐飞机旅行、与别人实际见面的重要性到那时候将会低于现在?”绝大多数人的回答是:“并非如此,我们仍然想要乘坐飞机旅行。我们仍然认为,我们乘坐飞机旅行,去认识全球各地的人们的次数甚至会更多,无论是为了出差、探亲,还是任何其它目的。”

  在这个基础上,我们认为:“那好,年青一代也必须参与其中,共同来寻找一个解决办法。”我们推出了“让你的创意展翅高飞”(FlyYourIdeas(FYI))大学生航空竞赛,首要目的就是将人才吸引到工程与航空航天工程领域里来,同时也是为了收集他们对于未来飞行的想法。我们通过这个大赛,来帮助我们更好地了解2050年时候航空业将会是怎样的。我认为这很重要,因为如果你看看如今的媒体报道,看看我们,还有年青一代的工作方式,这些必定会对旅客乘坐飞机时需要获得的体验产生影响。

  图:Multifun队伍是空客FYI2015大赛的获胜者,他们的创意是利用复合材料外壳弯曲采集能量(空客)

  AEROSPACE:“让你的创意展翅高飞”(FlyYourIdeas(FYI))大学生航空竞赛今年是第五届了。参赛学生们提出了哪些非常棒的创意?

  虽然我们还没有选出今年比赛的获胜者,但有趣的是,在上届大赛中,学生们提出的创意既涉及“更加智能的材料”,也涉及如何管理机场内的飞机以及如何找到新的办法,让飞机能够在不干扰机场飞机起降的情况下停放。这些创意覆盖的范围非常之广,这才是大赛真正激动人心的地方。

  有趣的是,上届大赛获胜队伍的成员来自不同的大学,他们是在“让你的创意展翅高飞”(FlyYourIdeas(FYI))大学生航空竞赛现场才真正第一次见面,这意味着他们能够利用我们如今拥有的所有工具,在分散在全球各个地方,而不用实际见面的情况下,作为一支团队共同合作。

  从中能够看出,与几年前相比,如今航空业内的分工合作形成了怎样的新的方式。

  回到带有工程判断的基础知识

  图:曾经,个人工程天赋带来了Junkers F13——世界上第一架全金属运输机(Junkers.de)的诞生,如今,是否仍然存在这种个人工程天赋发挥的余地?

  AEROSPACE:讲到一个相关话题,如今的飞机制造,涉及到大量的国际设计与工程队伍,有许多的焦点小组,广泛的市场营销研究,还有计算机模拟。但如今的我们是否缺少了某种东西?或许,我们缺少了过去工程师所拥有的个人“直觉”?Marcel Dassault、R. J. Mitchell、Joe Sutter等,这些著名的航空工程师看到一个创意,会说:“我知道焦点小组不同意我的看法,但这个创意能行。”

  CC:我不会将焦点小组混到这里面,不过,我要说的是,焦点小组更重要的是吸引更多的人参与进来。我们越来越采用一种合作的方式,我们与我们的客户、航空公司共同进行创新,让他们参与进来,了解他们的想法,让他们提出他们的解决方案。我们建立了“试样空间”,你可以实际验证你的一些想法创意,而不是等上九个月时间才能获得答案,漫长等待可不是人们真正想要的。

  你可以设计出原型产品,进行概念验证。所有这些都属于新的工作方式,也是一种设计思维,这种方式是我们过去所不曾采取的,但它能够真正带来价值。在此之后,需要进行的是工程判断。如果你现在在设计飞机时,只依赖计算机模拟等工具,你会失败。目的是什么,我们必须学习哪些基础的,有什么数量级,有什么重要参数,有哪些驱动因素?一个优秀的首席工程师会明白,它基本上就是对重量、性能、燃油消耗、航程的权衡。凭借这些要素,他们可以快速地判定一个想法是否值得深入探索。

  在这方面我们需要拓展,当然,我们优先关注的事项之一,特别是在空客,就是员工不仅仅要接受一个学科方面的培训,我们还要打造一条路径,为他们成长为明日的首席工程师作准备。实际上,如今工程判断甚至比以前要更加重要。因为,如果不这样,你就会被工具压倒,并实际丧失对于飞机本质的理解。说到飞机,它其实还是要回到基本知识上。

  图:在提升工作场所的多元化与包容性上的,空客不遗余力。(空客)

  AEROSPACE:在吸引新人进入工程领域工作方面,你曾是范堡罗RAeS Amy Johnson讲座的一名小组专家,在那里曾经就多元化问题进行过辩论。在鼓励女性进入工程和航空领域工作上,还需要做哪些事情?

  CC:我告诉你,在这方面,有许多事情需要做。我们与全球工程学院院长理事会(GEDC)一起设立了一个多元化奖项,目的是发出一个信号,表明在大学和工程学院层面上存在良好的倡议。但要想吸引多元化和包容性,他们还需要做得更多。不仅仅是性别多元化,还有更宽泛意义上的多元化。如果你看下我们在工程岗位方面的招聘政策,我们的目标是让女性工程师占比至少达到20%。实际上,我们的女性工程师占比达到了25%,但我们并没有特定的额度限制,这个更多算是一个目标问题,在所有方面都同等的情况下,我们实际提倡和鼓励经理们选择女性工程师。

  当然,挑战在于从事工程与航空工程领域工作的女性人数。英国在这方面还有许多工作要做,因为如果你看下相关数据,工程与航空工程领域的女性人数占比大概在10%左右,如果不是更低的话。其它国家这个比例接近15%或20%。随着一些大学或学院采取积极举措,航空工程领域女性人数要远高于平均值。当然,这是个漫长的通道,它始于STEM,始于吸引8-12岁之间的年青女孩到工程领域来。

  有趣的是,多元化奖项之一,在澳大利亚,他们围绕乐高机器人技术为学校、为女孩子开发了相关课程,年

  轻女孩可以学得很开心,并且能够参加考试,将一些想法进行实验,组装机器人以达成一定目标。这些课程的结果令人相当振奋,即女孩们意识到工程是很好玩、很有趣的。

  通过这些课程,她们得以入门,并逐步向科学,然后是工程,再然后是航空工程进行深入学习。这条路很漫长,需要不断推动向前。我们也在竭尽所能贡献我们的一份力量,鼓励大学培养工程师,同时在我们的招聘政策中,鼓励工程师的培养。

  机翼研发

  图:一架A340验证机将于今年试飞,以验证自然层流技术。(清洁天空2)

  AEROSPACE:在退出欧盟之后,英国仍然想要保持其作为机翼研发中心的地位。未来的机翼将含有哪些技术和创新?

  CC:我认为有几个方面。在性能方面,我们正在考虑采用一种更加自然的层流。关于这个,我们已经谈论了几十年了,但现在我们将实际在欧洲清洁天空项目(EuropeanCleanSkyProgram)框架下,使用一架带有两个外部翼尖的A340进行飞行,这两个翼尖是为自然层流而设计的。这架A340验证机将于今年初试飞,它将让我们能够在高达0.8或0.85马赫的真实条件下,验证飞行中的自然层流,并观察我们的层流状况,同时也测试将设计付诸实际运行的可行度。之后,这可能会将我们引向下一代飞机的自然层流机翼。

  图:一个新的空客工程测试中心今年将在菲尔顿成立,英国将在“未来机翼”项目中扮演重要角色。(空客)

  AEROSPACE:自然层流的秘密究竟是在于形状,还是涂料?

  CC:并非如此,秘密在于形状,也在于机翼表面的性质。它不包含外部涂料。现在,以涂料为例,它是我们在考虑的别的一些东西。例如,鲨鱼和海豚皮肤上的“凸肋”减少了水中的阻力。

  在飞机上,这些大约50微米高、100微米宽的凸肋,在我们一开始测试应用它们的时候,结果显示不是很实用。现在,我们正在开发一款机器人,这个机器人将把这种聚合物放在飞机涂料的上面,同时还形成凸肋的形状。它将是一种更加工业化的安装凸肋的作业。借助凸肋,A350和A380等宽体飞机的整体飞机阻力可以减少1%。

  这是另外一个例子,之后,除了形状与性能外,还在于制造,在于以比如今更低的成本、更高的效率制造复合材料机翼。我们的任务是,下一代机翼能够基本达到过去30年一直在制造的现有A320机翼的工业目标。

  为工艺装备研发出简单的解决方案,为制造本身研发出简单的解决方案,同时也开发出一个能够轻松制造并且产能能够轻松提升到一月60架飞机的机翼,这是一个非常雄心勃勃的项目。与此前我们设计和制造机翼的方式相比,这完全是一个新的维度。这就是我们打算在“先进产品概念分析环境(APROCONE)ATI项目”框架下,在菲尔顿和布劳顿开发的东西。

  AEROSPACE:你认为未来的机翼最终会完全由3D打印吗?

  CC:关于这点,我会持更谨慎的态度,因为基本上,如果数量很多的话,3D打印很可能并非合适的解决方案。如果有些形状或部分零件需要通过3D打印才能发挥出设计的效果,这时你可能真的需要它,否则,我认为未来的机翼不会完全是3D打印的。

  加速创新

  图:空客的A3实验室正在研发垂直起降无人起降飞行汽车。(空客)

  AEROSPACE:一般来说,我们讨论创新和数字化项目。看起来现在很多航空工业的公司都在努力成为硅谷初创公司那样,比如创新实验室、大数据等。同时,Facebook、谷歌、优步等也开始涉足航空工业,比如研发无人机、飞行出租车、太空项目等。对此你怎么看,你会担心有一天谷歌会去建造一架客机吗?

  CC:我想是的,但是我们必须知道,在空客这实际上在驱使我们更快的发展。空客在硅谷成立了A3实验室,以紧跟时代并理解新的工作方式。在那样的框架下,我们发展创新的想法,完全和我们的业务相独立。例如,可以与优步进行直升机相关的业务概念,因为你有直升机。如果你可以使用这些资产,你也许可以为那些想要飞行但又不会驾驶的人带来一些福祉。

  此外,我们也在研究可以载人的无人驾驶飞行器。这是去测试优步的方式能够很快的进行概念验证。你能迅速的重做,进入项目下一个阶段,并推出原型机,对原型机进行测试等等。推出竞争机型并不容易,这非常的复杂,有太多的冗余。认证过程也非常艰难。

  不过,通过这种方式你可以快速的推进,甚至是在研发新的客舱或是新的机上系统。你还是用这种结构方式来改进你的飞机。

  谈及大数据,坦白说,我们才刚刚开始。比如,我们与一家大型航空公司进行了一个项目,通过分析大数据、相关性统计分析,你可以发现一些运营决策的因素,让航空公司避免在起步时遭遇失败。你可以通过分析机队来改进签派能力。

  作为对机上传统的维护系统的补充,大数据系统找到了新的方式,以更好的维护飞机。如果你分析所有的机上数据,在很多情况下你能够预测到可能发生的故障,而不用等到故障发生。

  因此,当你在监测作动器时发现其消耗的能量超过平时,你可以推断出作动器可能出现了问题或故障。如果你能够及时的进行调整,也许你就能够提前数周避免一次航班取消的发生。这就是典型的大数据,如果你能获取数据,就可以很容器的进行存储和分析。你就可以在飞机质量维护上采取新的方式。

  这只是一个例子,其他的例子将会更多。如果你研究这些数据,那么从飞机的设计到运营都将带来好处。此外,还有旅客数据以及和旅客相关的所有大数据。大数据的潜力巨大。

  X验证机的回归

  图:空客3D打印的小尺寸验证机“THOR”将采用全新的6个螺旋桨结构,计划2017年首飞。。(空客)

  AEROSPACE:我们再回到硬件方面来,您提到了下一代飞机外形可能是各种形状的。对于2030年之后将会出现的任何新飞机,您觉得我们是否需要小尺寸的验证机或是X验证机,以降低风险呢。

  CC:我认为在一定的阶段我们是需要验证机的。越来越多的研究测试是围绕验证机来进行的。验证机可以是小尺寸的,拥有类似的功能。空客公司研制了3D打印的小尺寸验证机“THOR”。它可以飞,也可以通过3D打印其他的尾翼、机鼻、机翼等来改变其外形。这只是用来进行概念验证,我们目前正在进行升级,安装6个螺旋桨,验证其对于飞行控制及可控性的意义

  在不同阶段,需要不同类型的验证机。尤其对于空客来说,我们集成了各种技术,因此我们用验证机来确定技术的相关性以及下一步的方向。是的,我们将会看到,我们会有更多的验证机,未来还可能有机翼验证机,验证未来飞机的机翼将会是什么样子。

  也许这不会是最后的外形,但至少这能让我们清楚的了解应该如何才能实现可生产、提产等目标以及技术层面的目标。这是个有意思的问题,验证机并不能代表一切,但是他们可以加速传统的研发进程。

  无人驾驶客机

  图:2050年的客机还需要有人类飞行员来驾驶吗?(空客)

  AEROSPACE:最后,你提到了自动驾驶。无人驾驶客机从技术研发角度看是可行的,但你觉得旅客会接受吗?

  CC:我认为这是一个趋势,我们不能忽视。我们所关注的是可能的单飞行员操纵,或是如何为现在的飞行员在工作负荷方面提供支持。我也考虑过您的这个问题,但是我觉得这会比我们想象的来的更早。尤其是在货机,(我可不认为货物会担心飞机有没有飞行员)。在未来的几年,我们将会看到无人驾驶的飞机。驾驶飞机,关键的问题是要应对航路上的天气情况以及空中交通管理。这是2个必要因素,因为从纯技术角度看,我们明天就可以自动驾驶一架A320飞机。你只需要修改几个开关,就可以收放起落架,通过一个小盒子来控制而不用手来操作,当然这是很细节的事情了。今天,很多的飞行员都使用CATIIIB降落程序,所以飞行过程实际上就是自动驾驶模式了。

  从工程师的角度来说,我们离得并不远了。问题就在于如何将这些因素融合进去,空中交通管理以及在远程飞行过程中可能遇到的所有问题。当然,最终无人驾驶客机将会赢得旅客的认可。我觉得,无人驾驶客机之路还需要几年的时间。

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