新喷气飞机时代已经到来 将更加环保简洁

　　现在喷气发动机是如此可靠，以至于飞行员在他的整个职业生涯中可能都碰不上一次事故。飞机的自动驾驶仪是如此完善，以至于有些航空公司需要不时在驾驶舱里弄出点大的声响，以确保机组人员不会昏昏欲睡。飞机的导航系统也是如此精确，以至于降落时间可以精确到秒。

　　既然如此，航空业还有什么可担心的？

　　一言以蔽之：燃料。

　　据《纽约时报》报道，喷气燃料费用是目前大多数航空公司的最大支出，对于美国航空业来说，每加仑燃料的成本若增加1美分（一加仑约合3.785升），每年就要多花费将近2亿美元。燃料燃烧之后将会产生什么影响？业内对此的关切也日益增长。

　　全球温室气体的排放中，有大约2%是由航空业造成的，随着空中旅行的日益增长，这个比率还会继续上升。

　　所以，着眼于降低运营成本和排放，航空业纷纷投入制造更环保的飞机,力求节省重量，提高发动机功率。

　　短期来说，用不同的飞行档位,来减少燃油消耗、噪音和污染，这种完全不同的设计方式将会使喷气发动机发生革命性的变化。新式的发动机将会为在制造中越来越多地使用碳纤维复合材料的飞机提供动力，这种飞机比铝制飞机更轻，而且更安全。

　　长远来看，燃料本身也会发生变化，科学家们正在研究适合于航空的乙醇，它可以从植物中而不是从石油中制取。

　　新式飞机还会更换许多控制襟翼、缝翼和其他零部件的传统的液压系统，取而代之以节省重量的电动机。另外，出于同样的原因，新式飞机也将会使用电动机给座舱增压。

　　如果一切进展顺利的话，多档位喷气发动机将会在2013年左右投入商业化航空服务。那它是怎样运作的呢？

　　在传统发动机中，空气被巨大的风扇吸入到燃烧室，在此被压缩、混合上燃料，然后点火燃烧。急剧膨胀的气体从发动机的后部喷出，产生使飞机向前飞行的推动力。在气体喷出之前，它们要经过与前面的风扇连接的第二组叶片，推动该组叶片以使前面的风扇运转起来。

　　不过，当前设计的问题是，两组叶片每分钟转数相同。因为前面的叶片更大一点，所以虽然叶梢旋转很快，但噪音大，效率低。

　　美国康涅狄格州普惠公司（Pratt & Whitney）正在试验一种多档位的发动机，前面风扇的转速仅是后面叶片转速的1/3。新式设计允许在前面使用很大的风扇，可以在飞机稍微放缓速度时喷射出更多的气体。

　　普惠公司主持新型号发动机研发的副总裁罗伯特·萨亚（Robert J. Saia）表示：“如果想提升推动力，要么喷射出更多的气体，要么吸入更多的气体和消耗更多的燃料来加速气体。”

　　多档位涡扇发动机选择了第一种方式。另外，因为气体喷射的速度降低，必需的内部零件也减少了，15000磅推力的新式发动机的重量大约比同样推力的传统发动机轻500磅。

　　日本三菱公司已经选用该发动机装备其新的支线飞机，日本全日空航空公司同意购买其中的15架飞机。据《纽约时报》报道，加拿大庞巴迪公司（Bombardier）也将多档位涡扇发动机作为其即将建立的支线飞机航线的备选发动机之一。

　　这些支线飞机和其他新式飞机同样也将应用更多的复合材料。按重量来算，波音公司预计明年投入运行的新式787客机中，按照重量计算，大约50%将使用复合材料；而其1995年通过认证的现有最新型号777客机只有12%使用复合材料。

　　复合材料已出现多年，用于飞机的复合材料多是手工制作的。在工厂中，这一进程始于一张碳纤维板。在传统制造业，工人将板压制在模具中，用剪床将其切削成想要的形状，接着将模具放入烤箱，使其和浸渍在纤维中的树脂结合在一起。

　　波音公司考察了这个过程并决定不这么做。波音787客机首席工程师汤姆·柯根（Tom Cogan）表示：“我们知道，从成本角度来说，如果你用手工将10万磅复合材料压制在一起，代价将非常昂贵。”但是目前已发现一种利用机器使碳纤维在构型中扩散的方法。

　　虽然波音公司可以通过设计更大的窗户来抵消铝制飞机的一部分增重，碳纤维还是比铝轻大约20%。而正是更为坚固的复合材料飞机框架使这种转变成为可能。

　　使用复合材料来提升乘客舒适度是航空业的一个发展趋势。私人飞机制造企业已经改用复合材料，但他们选择利用其重量优势制造更大的飞机，而不是制造同样尺寸的更轻的飞机。

　　对于铝制飞机来说，腐蚀是一个问题，因为它们在地面接触潮湿的空气，当飞机升入高层空间时，由于机身温度降低，水汽就会凝结在机身上。但是复合材料不会生锈，不会产生金属疲劳，也不会产生其他方面的变质。尽管如此，波音公司还是希望，使用了更多复合材料的飞机除了重量降低，维护费用也能够降低。

　　波音787客机的另一项创新在新式设计中也日趋普遍：即用电动机代替液压泵。在飞机部件的主要制造商霍尼韦尔公司（Honeywell），其负责先进技术的副总裁罗伯特·史密斯（Robert H. Smith）就曾描述了一种使用电力来代替液压机液体的系统。

　　史密斯引用的例子中包括波音787客机的制动系统和空客A380的推力反转系统。推力反转系统是可以自动扭转发动机喷射方向的机械装置，飞行员降落时可利用此系统。一些气动系统也被取代了，例如，传统飞机通过从机翼上的洞口喷射从发动机借取的热空气来防止机翼结冰。在波音787客机上，这项工作将使用电力来完成。座舱也将通过电泵来增压。

　　史密斯认为，电力“更安全、更轻便、更环保”。在其他弊端中，液压机液体还易燃，其通过的管线又大又重。技术曲线表明，电力系统从根本上来说就有与生俱来的更高的效率。换句话说，所有的能源必须最终来源于发动机，但是使用发动机发出的电力来制动或者移动飞行操纵面，比利用发动机压缩空气或液体做同样工作所消耗的燃料要少。

　　20世纪90年代中期设计的波音777客机，可以产生270千瓦的电力，足以供应一个小型小区的家庭用电。史密斯说，波音787客机产生的电力将会5倍于波音777客机，达到1.35兆瓦。

　　不过，长远的变化可能会发生在燃料自身。例如，美国贝勒大学（Baylor University）航空科学学院进行了一项60小时的涡轮螺旋桨飞机试验，所用的双引擎“空中之王”（King Air）飞机中，一架发动机使用的燃料是80%的喷气燃料混合了20%的生物燃料，另一架发动机直接使用喷气燃料。贝勒大学可再生航空燃料发展部门主任格拉孜亚·赞宁（Grazia Zanin）表示，当飞机降落时，很明显就可以看出哪个发动机使用了混合燃料，因为其发动机通风罩上有较少的烟尘。

　　生物燃料可以从大豆或其他生物资源中制取，每加仑产生的二氧化碳排放量很少。但是赞宁表示，“我们并不认为生物燃料是答案。”部分原因是因为飞机在高海拔飞行时，极端低温使得生物燃料不能正常工作。

　　赞宁所在的学院已经幸运地拥有了使用乙醇的活塞驱动的飞机。她说，这可以减少燃料费用和引擎大修。不过，活塞驱动的飞机所做的飞行相对来说还太少。

　　赞宁表示，航空业将会找到解决办法，因为碳排放已成为受到重大关切的问题，（如果不采取措施），“现在这样的商业航空是不会继续生存下去的”。（薛亮）