王元元

1914年1月1日，一個(gè)由四名夢(mèng)想家組成的團(tuán)隊(duì)齊心協(xié)力開啟了歷史上首個(gè)定期商業(yè)航班。100多年過去了，如今的商業(yè)航空以前所未有的網(wǎng)絡(luò)將全世界聯(lián)系在一起，影響著世界每個(gè)角落的人們。作為商業(yè)航空主角的商用飛機(jī)也從最初的給人“簡陋、噪聲大、低端”等形象發(fā)展到了如今的“高端、舒適、上檔次”，未來還將繼續(xù)朝著更高效、更環(huán)保、更舒適的方向發(fā)展。本文將給您呈現(xiàn)商業(yè)航空發(fā)展過程中商用飛機(jī)總體布局的演變。

商業(yè)航空興起的早期

——（20世紀(jì)20-30年代）

在商業(yè)航空興起初期的上世紀(jì)20年代，旅客們乘坐飛機(jī)飛行的感覺并不愉快。因?yàn)楫?dāng)時(shí)客艙的噪聲實(shí)在是太大了。曾擔(dān)任負(fù)責(zé)航空事務(wù)的美國海軍副部長及國際民用航空組織（ICAO）主席的愛德華·p·華納于1922年10月30日在航空周刊的前身‘航空雜志上發(fā)表文章，文中提到“飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲是一個(gè)始終存在的問題，它比人們通常認(rèn)識(shí)到的更加嚴(yán)重。”他說：“我同許多乘客討論過關(guān)于歐洲航線的問題，大多數(shù)人沒有坐過，坐過的大多數(shù)人表示乘坐一次就足夠了?！边@些乘客對(duì)乘坐歐洲航線的厭惡主要來自于噪音，巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲使得乘客幾乎無法在飛機(jī)上相互交談，更嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致某些無經(jīng)驗(yàn)的乘客在飛行結(jié)束后的一個(gè)小時(shí)或更長的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生聽力障礙。

雖然像波音247、DC-1、DC-2等飛機(jī)技術(shù)達(dá)到了較高的水平，但DC-3以其2.34米寬的客艙將商用飛機(jī)的舒適性提高了一個(gè)檔次。然而，乘客并不喜歡后三點(diǎn)式起落架的傾斜地板，這也是促使道格拉斯在后續(xù)的更大的DC-4E研究中考慮采用前三點(diǎn)起落架構(gòu)型的部分原因。

當(dāng)時(shí)，歐洲的大多數(shù)長途飛行服務(wù)都是由英國帝國航空公司和荷蘭皇家航空公司提供的飛往各自國家殖民地的航線。在20世紀(jì)30年代，帝國航空公司提供了歐洲飛往非洲、中東、印度、南亞、澳大利亞和新西蘭的組合航線，組合是指使用了水上飛機(jī)、火車和低速飛機(jī)（類似24座的漢德利·佩奇HP42/45，該機(jī)翼展39.6米，安裝4臺(tái)布里斯托爾木星發(fā)動(dòng)機(jī)）的組合交通工具。1932年，一條倫敦飛往南非開普敦的組合航線需要72個(gè)飛行小時(shí)（低空、非增壓客艙飛行），中間換乘4次飛機(jī)，乘坐火車1931千米。僅開羅到開普敦的航線就有27個(gè)主要的機(jī)場(chǎng)和30個(gè)經(jīng)停站。由機(jī)械原因和天氣原因?qū)е铝烁嗔朔怯?jì)劃?？俊Ｓ幸淮?，在中東地區(qū)被迫進(jìn)行沙漠強(qiáng)行著陸后，機(jī)長要求乘客下機(jī)用帽子去收集干的動(dòng)物糞便用作燃料，以保證他們可以渡過寒冷的夜晚。

增壓客艙的出現(xiàn)

（20世紀(jì)30年代后期至今）

隨著更強(qiáng)大發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓客艙在20世紀(jì)30年代后期的出現(xiàn)，波音307型平流層客機(jī)成為第一架擁有客艙增壓系統(tǒng)的商用運(yùn)輸機(jī)。這一特性使其有能力在20000英尺（6096米）高空進(jìn)行橫跨大陸的巡航飛行，使其能避開許多天氣和山區(qū)干擾。得益于二戰(zhàn)中B-29轟炸機(jī)使用過程中獲得的經(jīng)驗(yàn)成果，更加先進(jìn)的采用客艙增壓泵的增壓客艙布局客機(jī)登上了歷史舞臺(tái)。二戰(zhàn)后期的DC-6、星座飛機(jī)可以在直至20000英尺（6096米）巡航高度上提供8000英尺（2438米）的舒適的客艙壓力高度。

活塞動(dòng)力飛機(jī)發(fā)展的頂峰

（20世紀(jì)40年代）

隨著活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展達(dá)到頂峰，飛機(jī)載客量也得到了很大的發(fā)展。這期間發(fā)展的飛機(jī)包括不太成功的布里斯托布拉巴宗飛機(jī)，該機(jī)是英國飛機(jī)公司從1946年至1948年用了3年時(shí)間研制生產(chǎn)的一種瞄準(zhǔn)跨大西洋航線的大型客機(jī)，翼展70米，采用8臺(tái)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然該機(jī)采用單層客艙布局，但其他的制造商選擇更敏感的雙層客艙布局，其中包括波音的C-97雙層“同溫層巡航者”飛機(jī)和洛克希德公司57.6米翼展的“星座”飛機(jī)。前者是在B-29轟炸機(jī)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)更大截面的上層客艙，后者則采用了類似寇蒂斯C-46的設(shè)計(jì)思想。

渦槳飛機(jī)嶄露頭角

（20世紀(jì)50、60年代至今）

燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展也推動(dòng)了作為中間產(chǎn)品的渦輪螺旋槳客機(jī)的發(fā)展，因?yàn)橄啾茸詈玫幕钊w機(jī)，渦槳飛機(jī)具有一樣甚至更好的效率、可靠性和動(dòng)力。雖然英國和前蘇聯(lián)都曾追求遠(yuǎn)程的渦槳飛機(jī)，比如布里斯托爾大不列顛和伊爾-18，但是上世紀(jì)50-60年代最成功的渦槳客機(jī)卻是其他制造商研制的中短程客機(jī)，包括?？薋27、諾德262、漢德利·佩奇信使、維克斯子爵和先鋒以及洛克希德的厄勒克特拉。

噴氣式客機(jī)逐漸占據(jù)市場(chǎng)

（20世紀(jì)50年代后期至今）

隨著噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，大型活塞飛機(jī)很快就被擠出了市場(chǎng)。最終，波音公司的波音367-80噴氣式飛機(jī)奠定了今天廣泛使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)構(gòu)型。但該機(jī)132英寸（3.3528米）寬的客艙截面被認(rèn)為相比波音設(shè)想的6座布局有些窄。因此，在波音367-80基礎(chǔ)上發(fā)展起來的KC-135加油機(jī)客艙寬度被擴(kuò)展到了144英寸（3.6576米）。但是，由于競(jìng)爭對(duì)手道格拉斯將DC-8客艙的寬度增加到147英寸（3.7338米），波音在發(fā)展707的時(shí)候?qū)⒖团搶挾冗M(jìn)一步增加了4英寸至151英寸（3.8354米），盡管當(dāng)時(shí)這是一個(gè)“昂貴”的決定，但是這也成為了波音后來直至目前的737MAX單通道客機(jī)的布局標(biāo)準(zhǔn)。

1955年首飛的法宇航的快帆客機(jī)成為歷史上第一種采用發(fā)動(dòng)機(jī)后置尾吊布局的噴氣式客機(jī)，它的研發(fā)主要用在于替換活塞動(dòng)力的道格拉斯DC-6。該機(jī)的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分別安裝在機(jī)身尾部兩側(cè)短艙內(nèi)，尾吊發(fā)動(dòng)機(jī)布局可以保持機(jī)翼外形簡潔，使流過機(jī)翼的氣流免受干擾并降低客艙噪聲?？旆蜋C(jī)是西歐國家在空中客車飛機(jī)項(xiàng)目之前僅有的兩種能實(shí)現(xiàn)盈利的噴氣式客機(jī)項(xiàng)目之一（另一個(gè)是BAC1-11客機(jī)）。該機(jī)的布局在隨后的幾十年被多家制造商的產(chǎn)品所采用，包括道格拉斯的DC-9、圖波列夫的圖-134、圖-154、BAC1-11、福克F28、波音727、德·哈維蘭的三叉戟、伊留申的伊爾-62和維克斯的VC10。

寬體噴氣客機(jī)時(shí)代

（20世紀(jì)60年代至今）

寬體噴氣客機(jī)或者說雙通道噴氣客機(jī)的出現(xiàn)是在20世紀(jì)60年代繁榮經(jīng)濟(jì)的刺激下產(chǎn)生的。1966年初，波音和泛美航空公司決定開發(fā)350座級(jí)的波音747。起初，波音考慮的是采用單層寬體客艙的設(shè)計(jì)思想。最終，考慮到波音747最終將用于貨運(yùn)的預(yù)期，波音將747的主艙設(shè)計(jì)為能夠容納8英尺×8英尺集裝箱的大直徑圓形截面，而駕駛艙采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)安裝在主艙前部上方，從外形上看機(jī)頭部分隆起，這樣可以方便從機(jī)頭位置進(jìn)行裝載?？湛脱兄频恼嬲碾p層客艙布局的A380于2005年首飛，它是世界首款采用全雙層客艙布局的大型客機(jī)。

噴氣支線飛機(jī)的興起

（20世紀(jì)80年代至今）

專門針對(duì)區(qū)域市場(chǎng)的小型噴氣客機(jī)誕生在1980年代末的美國，隨著輪輻式航空網(wǎng)絡(luò)的逐漸發(fā)展，支線航空市場(chǎng)逐漸興起。但是推動(dòng)支線航空市場(chǎng)革命性發(fā)展的是德國漢莎航空公司1990年開通的“城市藍(lán)線”（CityLine），當(dāng)時(shí)漢莎航空訂購了龐巴迪公司基于挑戰(zhàn)者公務(wù)機(jī)發(fā)展的加長版50座級(jí)噴氣客機(jī)CRJ100/200。作為對(duì)市場(chǎng)的回應(yīng)，先前只生產(chǎn)小型渦槳飛機(jī)的巴西航空工業(yè)公司也及時(shí)推出了全新的雙發(fā)噴氣支線客機(jī)ERJ-145，該機(jī)于1995年首飛。在隨后的20年中，上述兩家制造商不斷系列化發(fā)展支線客機(jī)以滿足市場(chǎng)需求，在此過程中將包括BAE、福克、仙童/多尼爾等在內(nèi)的多家競(jìng)爭對(duì)手全面擊潰。隨著市場(chǎng)對(duì)大載重飛機(jī)需求的增加和燃油成本的不斷上升，50座級(jí)噴氣支線客機(jī)的使用成本也水漲船高，支線噴氣飛機(jī)的尺寸也逐漸擴(kuò)大到70～120座級(jí)，包括CRJ和E系列。并且市場(chǎng)出現(xiàn)了新的競(jìng)爭者，包括三菱飛機(jī)公司的MRJ，蘇霍伊民機(jī)公司的SSJ和中國商飛的ARJ21。

風(fēng)靡一時(shí)的水上飛機(jī)

（20世紀(jì)30年代前）

20世紀(jì)20至30年代的一段時(shí)間，由于缺少硬質(zhì)跑道等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，大型客運(yùn)水上飛機(jī)很適合世界遠(yuǎn)程運(yùn)輸航線。水上運(yùn)輸在當(dāng)時(shí)受到歡迎還有一個(gè)原因是大多數(shù)主要的國際貿(mào)易航線都以大型港口為起點(diǎn)和終點(diǎn)。但是二戰(zhàn)后全球范圍內(nèi)的機(jī)場(chǎng)建設(shè)和遠(yuǎn)程運(yùn)輸飛機(jī)的改進(jìn)標(biāo)志著水上飛機(jī)黃金時(shí)代的結(jié)束。實(shí)際上，航空史上曾出現(xiàn)了兩個(gè)超大型的水上飛機(jī)，分別是休斯的H-4大力神（被廣泛稱為“云杉鵝”）和桑德斯·羅公司的“王子”。320英尺（97.5米）翼展、木制的大力神水上飛機(jī)由休斯飛機(jī)公司研制，但是直到二戰(zhàn)結(jié)束也沒有完工，該機(jī)只在1947年飛行了1次；“王子”水上飛機(jī)翼展為219英尺（66.75米），是世界上最大的全金屬水上飛機(jī)，它沒有找到合適的運(yùn)營商，于20世紀(jì)50年代廢棄。

二戰(zhàn)前的水上飛機(jī)更加成功，包括多尼爾的157英尺（47.85米）翼展的Do-X和西科斯基的S-42。Do-X在1929年首飛時(shí)是當(dāng)時(shí)全球最大的飛機(jī)，它采用12臺(tái)西門子發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)分6組背靠背（一臺(tái)推一臺(tái)拉）安裝在上機(jī)翼的上方。S-42飛機(jī)由于翼載較大，并且安裝了普·惠的R-1690大黃蜂發(fā)動(dòng)機(jī)，因此具有較高的巡航速度。其他后面的著名水上飛機(jī)還包括肖特飛機(jī)公司的S.23帝國，馬丁公司M-130和波音314（波音314是一種于1938年至1941年間由波音公司制造的長程水上飛機(jī)）。所有這些水上飛機(jī)設(shè)計(jì)都采用了船形橫截面，同時(shí)滿足氣動(dòng)和水動(dòng)性能要求，以方便飛機(jī)起飛前在水面的滑行同時(shí)打破水面對(duì)飛機(jī)表面的吸力；它們還將發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置放的很高以減小水的影響。

短命的超聲速飛機(jī)

（20世紀(jì)60-90年代）

20世紀(jì)50年代軍用超聲速飛機(jī)的出現(xiàn)點(diǎn)燃了人們開發(fā)商用超聲速飛機(jī)的夢(mèng)想，尤其是英國1954年就開始了商用超聲速飛機(jī)的研究。法國當(dāng)時(shí)也開始了超聲速運(yùn)輸項(xiàng)目（SST）。1962年，英法兩國聯(lián)合起來開展協(xié)和超聲速飛機(jī)項(xiàng)目。就在同一年，蘇聯(lián)透露也在著手開發(fā)一款超聲速民用客機(jī)——圖-144，它的外形與協(xié)和相似，采用細(xì)長三角翼布局。協(xié)和超聲速飛機(jī)載客120人，可以完成跨北大西洋飛行，巡航馬赫數(shù)2.02，由4臺(tái)羅·羅/斯奈克瑪奧林巴斯593渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在起飛和加速階段發(fā)動(dòng)機(jī)需要開加力，超聲速巡航階段則無需開加力模式。

協(xié)和號(hào)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括采用了S型前緣的雙三角翼布局，這使其能夠在較大的馬赫數(shù)和迎角范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的升力渦。其他的創(chuàng)新技術(shù)還包括能夠控制激波、降低入口速度的計(jì)算機(jī)控制可變進(jìn)氣道，電子控制模擬電傳操縱，能夠改善起降視野的機(jī)頭下垂設(shè)計(jì)。協(xié)和號(hào)和圖-144都沒有安裝平尾，但是圖-144在機(jī)頭側(cè)面安裝了可收放的小鴨翼用來進(jìn)行低速時(shí)的操控。圖-144在1978年結(jié)束了商業(yè)載客飛行，但后來它在NASA的高速商用運(yùn)輸（HSCT）研究項(xiàng)目中也進(jìn)行了飛行，于1997年結(jié)束了最后一次飛行。對(duì)于協(xié)和號(hào)來說，噪聲和聲爆問題嚴(yán)重地限制了協(xié)和號(hào)的商業(yè)前景，它也只在法國航空公司和英國航空公司短暫地服役。繼2000年法航一架協(xié)和號(hào)墜機(jī)以及2001年空中運(yùn)輸系統(tǒng)崩潰后（“9·11”事件帶來的影響），協(xié)和號(hào)于2003年退出了歷史舞臺(tái)。

美國對(duì)超聲速客機(jī)的關(guān)注焦點(diǎn)在更大和更快（馬赫數(shù)3）的飛機(jī)概念上，但是FAA力挺的波音2707-300項(xiàng)目被美國政府在1971年取消了。NASA和工業(yè)界開展的HSCT項(xiàng)目使人們對(duì)超聲速商用飛機(jī)的興趣在20世紀(jì)90年代短暫回歸，但是從那時(shí)起工業(yè)界將商用超聲速飛行的研究重點(diǎn)重新聚焦環(huán)境可接受的、低聲爆噴氣公務(wù)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。

未來的新構(gòu)型飛機(jī)

如今，“筒狀機(jī)身加機(jī)翼”的成熟構(gòu)型已經(jīng)統(tǒng)治商用飛機(jī)領(lǐng)域近100年，隨著制造商追求未來客機(jī)在效率上大的提高，這些傳統(tǒng)布局飛機(jī)已經(jīng)無法勝任。如今，受激進(jìn)的環(huán)境指標(biāo)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)師已經(jīng)在考慮未來可能應(yīng)用的全新布局形式。研究人員正在評(píng)估大量的創(chuàng)新布局，包括混合翼身/翼身融合體，雙氣泡機(jī)身，盒式機(jī)翼布局，桁架支撐大展弦比機(jī)翼布局以及高度集成的推進(jìn)系統(tǒng)等。以下是一些未來可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的飛機(jī)新構(gòu)型。

最流行的設(shè)計(jì)方案之一就是所謂的“混合翼身”，它有時(shí)也被描述為翼身融合體，在這種設(shè)計(jì)方案中，機(jī)翼和機(jī)身達(dá)到了無縫的融合，使得整機(jī)的氣動(dòng)效率極大的提高，大大降低了燃油消耗、噪聲和排放。

2012年，NASA成功試飛了X-48C翼身融合體飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)，該機(jī)具有較大的內(nèi)部容積可以用來裝貨和載客，設(shè)計(jì)展長為73米。試飛采用的是8.5%縮比的構(gòu)型，展長6.54米。波音以X-48C為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了翼身融合體客機(jī)方案。該方案在機(jī)身后上部安裝兩臺(tái)普·惠公司的齒輪傳動(dòng)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)為兩個(gè)斜尾翼，起到了屏蔽發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的作用。

下圖是麻省理工、極光飛行科學(xué)公司和普·惠公司團(tuán)隊(duì)提出的一個(gè)N+3候選布局——D8雙機(jī)身布局。風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果顯示，由于寬大機(jī)身提高了升力，嵌入式發(fā)動(dòng)機(jī)帶來的附面層抽吸作用減小了阻力同時(shí)屏蔽了部分噪聲，采用該布局的180座級(jí)客機(jī)在巡航馬赫數(shù)0.74的條件下相比同級(jí)別的現(xiàn)役飛機(jī)可提高70%的燃油效率。

結(jié)束語

商用飛機(jī)的發(fā)展是一個(gè)進(jìn)化演變的過程，商用飛機(jī)的百年發(fā)展史體現(xiàn)了人類對(duì)更快、更舒適空中旅行的不懈追求。未來，商用飛機(jī)將越來越強(qiáng)調(diào)安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，越來越強(qiáng)調(diào)提高乘客的飛行體驗(yàn)。相信隨著科技水平的提高，超綠色高效亞聲速客機(jī)和超聲速客機(jī)在不久的將來就會(huì)面世。