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机型进化论 | 空客A320:我的不同就是处处都不同

 2020-07-01 来源:新浪微博 作者:机坪夜话  [投稿排行榜]
2020-07-01 15:46:05

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      黛安娜王妃倒下香槟的泡沫似乎还未从雷达罩上散去,一转眼却已经是30多年前的事情了。这些年里风风雨雨四海为家,喜欢鹅肝,爱喝啤酒,亲自下海打过鱼,也排队买过煎饼果子。

      视频来源:ZHCH21G

      我出生那会机坪好热闹,Tu154总是很吵,隔着三个机位能把我身上的螺钉震掉,一直说着今天拉了哪国元首,明天又要去政府包机,就他那个噪音,我有点心疼上面坐着的总统。

      757是我们双发窄体机领域的大哥,因为它有八个主轮,我们只有四个,比我们都长,跑的却比谁都快。不知道为什么去撞了楼,我很怀念它。

      麦道80走的时候用甚高频告诉我,也许这片机坪上以后只剩737能陪你,就别总笑人家腿短了。我挺佩服737的,一把年纪了还不退休,我到他那个岁数,只想找个不用晒太阳的博物馆呆着。

      朋友越来越少,兄弟倒是越来越多。

    上帝抽去男人的一根肋骨创造了女人,工程师抽去我的七根肋骨创造了319。他应该跟我不是一个性别吧,但是我又是什么性别呢。跟321挨着的时候我总觉得大哥回来了,在印度的时候还认错过一次。

      我不太喜欢318,为了去抢支线客机的生意,把自己砍那么短,离远看还以为是个会喷气的蛋。

      前几天NG给我用海事卫星打了个电话,它那点机身空间能塞进去这玩意真不容易,我没问MAX的事他也没提,年轻人的心思,可能还是neo更懂一些吧。

      我其实已经在这片机坪上睡了挺久了,您别误会,我没有bug,是他们人类碰到了virus,那我为什么又醒了呢?

      所以说,一定要找个带顶棚的博物馆。

      好热

      谁才是最受欢迎的窄体客机

      黑客帝国三部曲中,neo化身救世主击溃史密斯,成功保卫锡安,关于这部影片有诸多解读,有人说neo这个名字就是one换了字母顺序。

      十年后,当我们期待的对决刚刚拉开帷幕时,以Neo为名的320,化身the one。真的成了市面唯一能买到的干线窄体客机。让空客实实在在的体验了一把想买我飞机的人,从这里能排到法国是什么感觉,激动不已的同时只恨自己没早日停产380,不然腾出地儿生产的321已经打包送到厦门了。

      实际上,早在2018年底320系列的在役数量就以7251架对6757架,实现了对737的超越,航空公司已经用钞票投出了一个答案。

      但热爱不止一面,我们不妨从其他角度来看看这两者的爱恨情仇。

      320作为一个80后,身上凝结了许多空客工程师对前人的总结和未来的思考,这些智慧在驾驶舱最直观的体现是,原本位于两腿之间的驾驶杆移到了侧面,在获得小桌板的同时终于为无处安放的大腿找个了地方。再加上更大的驾驶舱空间,差不多是新空调硬座到高铁二等座的飞跃。

      与身体一起得到满足的还有耳朵,飞行期间的噪音大部分来自外界环境,但来内部的声音同样不容忽视,位于驾驶舱下方的电子舱内有数十台计算机,737选择用从客舱抽气冷却设备,一台鼓风机加一台排气扇的噪音十分感人。

      320除了从空调获取冷空气外,还把蒙皮当做热交换器,让热空气与外界环境交换热量。

      平流层常年零下40°的气温和空调25度的舒适温度比起来,在冷却设备上的效率高下立判,同样也是鼓风机加排气扇的设计,其工作噪音要低很多。

      这种努力在降噪耳机成熟的今天可能显得收效甚微,但也可能是你能不能听清take off前面stand by的关键。

      在最为关键的操控体验上,侧杆和驾驶杆体现了两种完全不同的设计理念,波音通过钢索将驾驶杆和控制舵面直接连接,你的任何操纵都能无延迟的传递给舵面,同样,气流的对机身的作用也会反向传回驾驶盘。

      这样的人机交互模式能让飞行员很好的感受,并控制飞机在空中的每一处细节,你身边全部设备不过是覆盖在身上的一层铠甲,空客在斩断钢索的同时也抹去了机器对人的反馈,把这部分工作完全交给了计算机,你只需要通过摇杆控制机身方向,剩下的交给算法。

      是软件就一定会有bug,是人就一定会失误。

      这种比较在双方可靠性相同的情况下就成了,你更愿意选择相信机器还是更愿意相信人,更想用闲暇之余看完乌合之众还是用双手成就超音速的梦想。

      毕竟大众的心里嘛总是很难捉摸

      相比飞行员的纠结,乘务员在面对选择时应该都不会犹豫,737纯人工的反转大铁门是每个瓶盖都拧不开的萌妹子的噩梦。还没遇到自己的命中注定,每天却要跟一扇门拼尽全力,320的平推门不仅省力,内置的高压助推气瓶还会在紧急情况下把门弹出去,让放滑梯也是个很享受的过程。

      320的客舱比737宽30厘米,这个数据平分给六个旅客感知可能不强,但到了寸土寸金的厨房就是

      接水的时候腰能不能伸直,准备餐食的时候能不能多站一个人的区别。

      虽然烤出来的饭没有更美味,但乘务员的好心情还是能品尝到的。

      视角来到机身,空客处处体现着一定要和波音不一样的决心,你朝左的盖板我就要朝右,你装在前面的灯泡我就要装在后面,你用来加清水的地方我就用来排污水。这些反转图纸就能完成的工作。显然无法满足设计师的胃口。他们打起了飞机上最常见的紧固件——螺丝钉的主意

      受静摩擦力和电化学腐蚀的影响,拆下一颗螺钉花费的力气远大于拧紧一颗,在这个过程中极易拧花螺钉的十字凹槽。

      一块盖板几十颗螺钉,有一颗拧不下来就无法完成维修工作,偏偏320有众多控制组件隐藏在盖板下

      空客设计师像是脑袋被苹果砸了一般,选用了一款神奇的螺钉。

      它通过凹槽的错位实现了,在不改变螺钉体积的情况下,增大了拆卸方向的受力面积,这种偏十字凹槽在解决螺钉不好拆这个问题的同时,产生了两个新问题,同样被苹果砸过的牛顿告诉我们力的作用总是相互的,螺钉的不能承受之力转移到了螺刀头上,不费螺钉费螺丝刀的事如果还能用只要能按时完成工作,牺牲工具也值得安慰自己。

      那偏十字螺钉安装时易碎的特性就完全令人崩溃,拆卸方向受力面的增大意味着安装时的受力面积减小。

      当你完成所有工作开开心心把旧螺钉装回机身时,伴随着不期而至的清脆断裂声,心中的绝望总会和凌晨五点的太阳一起升起。

      737本身大部分需要维修的部件都集中在轮舱里,伸手就能摸到,需要经常拆卸的盖板也做成锁扣式。尽量减少接触螺钉的机会,维修效率完胜320。

      目前一平一胜一负似乎打成了平局,最后这一票还是留给热爱飞机的你们吧。

      发动机厂商的大乱斗

      相比机身进化的乏善可陈,其在发动机上的演进要精彩许多。

      空客本身就是多国合作的产物,很难为了一方的利益达成像737那样的专供协议,在设计过程中,最先入选的自然是cfm56系列,这款脱胎于美国空军f101核心机技术的发动机,经过通用和斯奈克玛的合力调校后表现出了,远超时代的可靠性。

      737的成功证明了中等推力发动机的广阔前景,持观望态度的其它发动机厂商开始加入竞争。于是普惠罗罗拉着摩天宇航和日本的一票车床公司成立了IAE,准备一起复制cfm的成功。

      菲亚特宇航是第五个股东,大家一起筹备的时候发动机名字都起好了就叫V,在罗马数字里是5英文中还有胜利的意思。到了交钱注资的那天意大利还是不负众望,发扬了临阵脱逃的光荣传统其他四家不知道是置气还是犯懒,依然使用了原有名字,警戒自己的同时顺便再一次把意大利人钉在了历史的耻辱柱上。

      1984年第一台额定推力25000磅的原型机下线,V2500的名字也由此诞生,与cfm新推出的-5系列一起成为了320的发动机供应商。

      在结构上

      为了尽可能的减少不同发动机的差异对安装的影响,空客工程师设计了一款十分一言难尽的吊架。无论是从形状配色材质手感,都丑陋的不像实力派,处处充斥着又不是不能用和不想加班的妥协。

      在控制上,电传系统让混用发动机这件事变得简单起来,通过计算机调节推力消除了不同型号发动机之间的性能差异。航司在择优选择适合自己发动机的同时还不用为培训飞行员付出额外成本。

      站在同一起跑线上的cfm56和V2500在接下来的20年里你方唱罢我登场,让不食人间烟火的发动机厂商狠狠的感受了下商业竞争的压力。毫无疑问iae在设计和工艺上是明显领先cfm的,来自罗罗和普惠的核心机技术搭配上德日两国顶级的制造工艺,让其纸面参数香的一塌糊涂。

      更低的噪音和油耗更好的性能和燃烧裕度,只可惜集众家之所长的V2500在继承优点的同时把各家缺点吸收的十分彻底封严漏油磨损超标螺钉断裂等小问题不断。相比之下cfm56不仅空中停车率和送修率低,平均翻修时间也比V2500高出百分之50

      于是我们就看到了航司不停的在

      卧槽油价又涨了这么多赶紧买两台省油的V2500压压惊和哎呀和石油这段时间还没矿泉水贵还是cfm56更好用之间反复摇摆。

      发动机作为飞机上最昂贵的部件,其航材储备会对航司的现金流造成不小的压力。

      但运营320机队的公司几乎都选择了同时购买这两款发动机,可见明天破产全场五折和破产重组买二送一之类的优惠活动普惠和通用是没少做。

      2010年空客决定给320换装更好的发动机,这也是neo的真正含义New Engine Option,并亡羊补牢的给原来的飞机起了个ceo(current engine option)的名字。

      cfm还是那个cfm,全新推出的leap系列风采依旧,大有一统窄体客机市场的趋势。

      IAE却不是原来的那个IAE了,随着罗罗的撤资,已经通过V2500项目积累足够经验的普惠独自扛起了对抗通用的大旗。

      带着自己潜心研究30年的齿轮风扇技术推出了PW1100G,在风扇叶片的法兰盘内部有五个传动齿轮和低压转轴连接。低压转子顺时针转三圈,风扇逆时针转一圈,这个技术很好的解决了,风扇需要转慢一些防止叶尖处超音速太猛,与转轴需要转快一些,以更充分的膨胀空气做功,这两者之间的矛盾。

      在提升效率,降低噪音的同时还能减少振动,增加涵道比,又是纸面参数香的一塌糊涂。

      果不其然,V2500的那些小毛病终于在普惠手上进化出了空中停车和轴剪切的神bug。封严耐久性不足造成的空停案列,在其不长的服役时间里发生了数起,目瞪口呆的空客有段时间直接停了选装pw1100发动机的飞机生产线。

      轴剪切这个事用人话来说就是断轴,这代发动机为了追求更极致的涵道比,转子的转轴在发动机停转冷却时更容易因为受热不均发生弯转子效应。

      如果不能把轴捋直就启动了发动机,轻则造成叶片刮伤,严重了可能把轴扭断,直接从双转子升级成为及其先进的四转子。

      这个问题在leap发动机上也存在解决方法是在燃烧室点火前,先靠起动机带动转子旋转把转轴转直了以后再启。动那问题就来了,到底要转多久能把轴转直。

      1100一开始给的答案是300秒两台发动机乘2就是10分钟这个数据出来的时候普惠还真找320neo的启动用户卡塔尔航空商量过说我这个宝贝特省油就是每次推出前都要占用10分钟的滑行道启动发动机要不你考虑下从旅客登机就开始转发动机旅客上完我这个发动机轴也转直了。

      目瞪口呆的卡航扭头数了数自家的油田后回家不仅取消了发动机订单。反手还定了几架737max。

      后来普惠通过数次升级逐渐从300秒减少到了现在的60秒,已经逐渐追上了leap50s的水平,稳定可靠依旧是cfm的金字招牌。

      未来20年,两家在这个一言难尽的吊架下面的竞争依然会十分激烈。

      Fly By wire

      Control By computer

      电传系统在民航领域最早应用于协和客机,传统的飞控装置已经难以应对跨音速过程中的复杂情况

      飞机的焦点——也就是升力的矢量集合点,需要设计在飞机重心的后面,这样当飞机受到气流扰动抬头时,机翼迎角增大——升力增大,增加的升力力作用在焦点上会绕飞机的重心产生低头的力矩,使飞机重新回到平飞的稳定状态。

      那如果焦点在重心的前面就会产生一个完全相反的效果,受到扰动抬头——升力增大,作用在焦点上的力绕重心产生的就是个抬头的力矩,使飞机更加不稳定。焦点越靠后,静稳定越好,飞机抗干扰能力越强。显然两个相互平行的力是不能构成一个平衡的力学模型的,民航客机是用水平安定面——来解决他俩不重合带来的问题。这里有个矛盾设计师希望飞机有很好地静稳定性,但又不想给水平安定面带来太大的负担。

      特别是对于协和客机超音速带来的阻力会使焦点大幅度后移,如果靠升降舵平衡,除了需要在结构上大幅度升级——那样飞机会变得很重,由此带来的额外阻力也会增加油耗。协和飞机通过内部的燃油配重,调整重心,让飞机的静稳定保持在合理的水平。

      这个矛盾在战斗机上尤为凸显,没有超音速巡航跑的还没导弹快,只有挨打的份,机身内部也没有足够的空间给燃油流动。只好让焦点和重心尽可能的重合,在获得超音速能力的同时还能极大的减轻机身重量。这样的飞机显然超出了人手动操控的极限,需要计算机自动控制。空客在设计320时一看这个东西好啊,虽然我既不需要超音速,也不需要狗斗,但减轻的机身重量可是实实在在的。最直观的感受就是,当我们把737拉过来与320对比时,两者在重量相似的条件下后者的控制舵面要小一圈。

      所以这套fly by wire飞控系统的实际控制者是计算机,飞行员只需要给出指令,剩下的工作交给电脑就可以了。举个例子,飞机巡航时在手动驾驶模式下,想让飞机转弯,只需要推动侧杆等飞机建立转弯后松开即可。这种模式下侧杆的给出的是曲率信号,计算机根据信号自动计算副翼和方向舵需要做动的量,直到侧杆给出下一个指令前飞机都会以这个曲率在空中转圈。

      相比之下737飞行员则要保持驾驶盘位置直到转弯结束,到了降落这种需要大幅度快速操控飞机的阶段,计算机又会逐渐把控制模式过渡到直接法则,侧杆的信号直接传递给控制舵面。

      空客敢在大部分的时间里把姿态控制交给计算机的前提是,飞机有一套足够强大的信息收集和处理系统。

      气压数据、舵面位置、起落架形态、发动机推力、燃油流量、导航方式等一系列子系统的工作情况都会汇总到核心的飞行管理和指引计算机——英文缩写是FMGC。

      足够多的数据可以让FMGC通过交叉比对确定飞机最真实的状态,至少不会因为一个迎角传感器故障就判断错飞机的迎角,有了飞机的实况数据,剩下的就是控制了。

      这里空客采取的方法颇有饱和式救援的味道,每个飞行舵面都能收到至少四台计算机的控制信号,任意两台能正常工作,控制就不会受到影响。

      最为重要的水平安定面和方向舵还加了可以人工调节的手轮,作为最后的备份。如此强大的控制功能也让计算机成了飞机上除发动机外,最贵的单体部件。随便一个副翼或者升降舵控制单元都要十几万美元,内建三枚高精度激光陀螺仪的惯性导航计算机在FMGC面前也甘拜下风。

      30多万美刀不打折,几十年如一日的坚挺完全把摩尔定律按在地上摩擦。如果说90年那会硬件还要占成本的一大部分,时至今日逐渐成了一个买算法送计算机的生意。复制粘贴的成本有多低,空客就敢给飞机打多残暴的折扣,你买到手用总归是要坏的。

      这也给320带来了两个主要缺点,用的时间越久小毛病越多、二手飞机的残值率较低。电子元器件的衰老过程并不像机械结构那样呈线性,在彻底失效前可能还会在好与坏之前反复横跳。

      通过观察测试也很难判断计算机的健康状况,没有了钢索的反馈,空客需要给每个零部件都安装一组传感器以及时感知故障,由此产生的大量导线和电插头在长时间工作后会产生松动和腐蚀。加剧了虚假故障的产生和判断真实故障的难度,二手飞机修计算机的钱可能还不如从空客那折扣价买台新飞机划算。

      总的来空客说这套fly by wire,Control by computer的飞控系统极大地减轻了机身内部结构的设计难度,省下来的重量可以用在加长起落架、加宽机身、给可爱的姑娘们装个更好的门。

      相比之下波音在电传上走了一条完全不同的路,不过那就是另一个故事了,诞生于第三次工业革命浪潮的320在送走了诸多前辈后逐渐走上了自己的加冕之路,并成了以后新晋飞机制造商的模板,跑道尽头,不知道空客有没有看到自己年轻时的样子。

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