美國著名飛機制造商波音公司制造的波音787客機,作為世界航空史上第一架超遠程的中型客機,最大續航距離為16000公里,根據不同的機型,能容納242至335名乘客。
波音787與其他客機相比,有四大特點:第一,它的窗戶比一般客機大了65%,而且沒有擋光板。那么,它靠什么來擋光呢?你會發現在窗戶的下端有一個按鈕,觸摸這一個按鈕,窗戶的顏色會變深,一直可以變成深藍色。第二,它的機翼,也就是飛機翅膀,不是直線型的,而是弧形,像鯊魚的翅膀。第三,它的噪音比一般街頭的噪音還要低,十分的靜音,很便于睡覺。第四,當波音787在13100米高空飛行時,客艙內的壓力保持在相當于海拔1830米的氣壓,比目前大多數民用飛機低大約600米。
大家知道,波音公司是美國的。但日本人卻說:“不對,這架787客機,是日本的準國產客機”。日本人為何如此叫板這一架波音最新客機?我為大家來揭秘一下波音787生產的秘密,大家從中可以看出,日本航空工業發展到了何種的先進程度?
2011年9月26日,第一架波音787客機飛臨東京羽田機場,交付給了全日空航空公司使用。日本各大電視臺均出動了大批記者趕到羽田機場,去拍攝這一架世界最新型客機降落的過程。
我也是其中的一位采訪者,當787客機從東京灣上空緩緩降落羽田機場跑道時,被它優美的曲線所驚艷,翅膀不僅呈現優美的弧形,而且整體微微的上揚,如同展翅飛翔的雄鷹。
鋁合金為何能夠做出如此優美的曲線?全日空公司宣傳部的負責人告訴我,波音787客機的機體,不是鋁合金,而是首次采用了炭纖維材料。
炭纖維材料有幾個特點:第一,它的強度高出鋁合金3倍;第二,它的重量低于鋁合金3倍;第三,它可以一次成型而不需要焊接。
根據炭纖維的這一特點,波音787客機采用炭纖維材料做機體,不僅客機機體的強度大增,安全系數提高,而且因為重量比鋁合金機體輕了50%,也就意味著,裝灌同樣的燃油,波音787客機多飛三分之一的航程,續航能力大增。由于它可以一次成型,因此波音787的翅膀,可以做出優美的弧形。其實還有一個特點,那就是使用炭纖維材料做機體,機艙內的溫度可以做到恒溫正負5度,也就是說,夏天不會很熱,冬天不會很冷。
這么好的新型航空材料,是哪一家公司生產的?是日本最大的紡織品企業——東麗公司研發生產的。
東麗公司所在的日本橋三井タワー
其實東麗公司與波音公司的合作,最早是從波音777客機開始的。1995年,東麗公司的炭纖維材料制造的尾翼,首次安裝在波音777客機上。經過十幾年的使用,證明這種炭纖維材料的安全可靠,于是,波音公司下決心,波音787的機體與機翼均采用炭纖維材料。所以,你乘坐波音787客機,是很難找到一般客機機體上成排的鉚釘。
對于波音公司來說,采用炭纖維材料做機體,只是為了增加機體的強度,降低燃料消耗,提高續航能力。問題是,誰能使用這樣的材料制造出弧線形的優美翅膀?
這個研發制造的任務,交給了日本三菱重工業公司。
日本三菱重工業本社所在的丸之內二重橋大樓
波音787客機的最大特征,應該是擁有超長而且是成弧形的翅膀。787客機的標準型是B787-8型,這款客機的機身長度為56.72米,但是兩個機翼的長度超過了機身3米,達到60.12米。
為什么要這么長的機翼?因為機翼是飛機燃料的儲存處,機翼越大,儲存的航空燃料就越多,飛機就可以飛得越遠。
波音公司給予三菱重工業公司的制造任務中,還有一個特殊的要求,就是這么長的機翼,必須是一次成型。
我去采訪了三菱重工業公司航空宇宙事業本部的松田隆先生,他是這一機翼研發的負責人。他告訴我,要一次成型生產長30米,寬5米的機翼,這是從未有過的事情,因為迄今為止鋁合金機翼都是拼裝的,不都是一次成型。
這是波音公司第一次將飛機最重要的部件——機翼交給合作伙伴生產。為了能夠研發制造出這一特殊的機翼,松田先生帶領他的團隊在波音公司總部所在的西雅圖,專門設立了一個研究室,與波音公司技術人員一起進行研發了兩年。然后回到日本名古屋工廠,先從研發一次成型的大型機械著手,整整用了三年的時間,終于制造出了如今我們看到的這么優美的波音787客機的翅膀。最關鍵的是,已經可以做到量產。
至于波音787客機的機體,波音公司也第一次交給了合作伙伴:日本川崎重工業公司。
一架客機的機體一般分成三大塊制造,分別是前艙、中艙和后艙,川崎重工業公司負責制造波音787客機的前艙。除了前艙之外,川崎重工業公司還負責研發制造客機起落架和主機翼固定后緣裝置。
為了完成這些重要部件的制造,川崎重工業公司專門成立了“波音787生產技術部”,這個技術部的部長名叫“佐名俊一”,他說,最難的是,波音公司要求前艙這么一個巨大的圓狀胴體,必須一次成型。對于川崎重工業公司來說,要一次完成直徑6米的機體成型,必須先研發出可以完成如此巨大胴體成型的模具,這一模具本身的重量,就有30噸之重。
機體雖然重要,但是一架客機機體的最核心部位,也是難度最大的部位,就是機身與機翼連接結構,這個制造任務,波音公司交給了日本富士重工業公司。
機身與機翼的連接結構,專業術語叫做“中央機翼”,這個中央機翼內部結構十分復雜,外面無法看到,但卻是整架飛機的心臟部位。客機的燃油庫就在中央機翼,密封性要求特高。同時承接著左右兩個翅膀,連接精度與承載巨型翅膀的牢固度的要求特嚴。
領導這一技術研發的是富士重工業公司航空事業部的戶井康弘先生,他告訴我,富士重工業公司早在30多年前,就已經為波音客機生產核心零部件,波音777的中央機翼也是富士重工業公司制造的,因此,技術難度不是很大。最難的是,這一次采用的是炭纖維與鈦合金的混合結構材料,與以往的鋁合金材料不一樣。
戶井先生告訴我,富士重工業公司研發制造的波音787中央機翼,由于主要使用了炭纖維材料,可以有效地防止燃油庫的材質腐蝕,提高機身的抗疲勞強度,客機的維修保養費用可以節省25%以上。
除了中央機翼,富士重工業公司還負責制造機身中部下側用來連接機翼與起落架的強化結構。
三菱重工、川崎重工、富士重工這三家公司,雖然他們制造的部位,只占整架波音787客機機體總量的35%,但是,卻是整架客機最重要最核心的部位。除了這三家公司之外,波音787的通話系統和娛樂音像系統,是由松下電器公司制造的。蓄電池組是由日本GS Yuasa公司(杰士湯淺)開發的。而令日本最值得驕傲的是,整架客機的機體包括尾翼,第一次采用了東麗公司開發生產的炭纖維材料。所以,日本人就說:除了發動機,主要的零部件都是日本制造,波音787客機是一架日本準國產客機。
目前,為波音787客機服務的日本各大重工業公司,都在名古屋中部機場附近,共同打造了一個航空產業園,將日本制造的機翼和胴體,整體裝入大型運輸機運往美國的波音公司工廠進行組裝。
從以上的敘述中,我們可以看出,日本航空制造業的技術含金量與領先世界的研發制造水平。但是,我們也感到奇怪的是,日本自己獨自制造的MRJ支線客機,第一架客機說是在2018年就要交付使用,但是一直拖到今年,還沒能交付完成。
這架最大90個座位的支線客機,最大續航能力為3770公里,由三菱重工業公司下屬的三菱飛機公司獨自研發制造。發動機采用的是加拿大普惠公司的發動機,與波音787不同的是,整架飛機還是屬于金屬飛機,其結構中炭纖維材料只占28%,主要是飛機的機翼和尾翼。機身還是鋁合金結構。
這架名為MRJ的支線客機,雖然它的一號機已經飛轉了世界多個機場,性能在不斷地完善與提升,但是,第一架客機據說最快要在明年才能交付,也顯示出日本雖然擁有先進的飛機零部件的制造技術,但是整機制造技術還是有缺陷。另一方面,目前全世界各大航空公司訂購的數量還只有280架,根據三菱飛機公司的測算,賣掉350架,才能達到收支平衡,而要獲得利益,至少要有600架飛機的訂單,這個數字對于三菱飛機公司來說,目前還是相當的嚴峻,這也影響到了公司的生產積極性。
但是,日本政府生產自己的大客機的夢想沒有破滅,也許在不遠的將來,日本會上線生產大型客機,畢竟日本還是擁有世界領先的航空制造技術。日本期望成為繼美國波音、歐洲空客和中國、俄羅斯之后,第五大的飛機制造國家。