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先进复合材料让跨洋飞行少点“煎熬”

时间:2017年09月13日 14:29    来源:《大飞机报》
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(作者:仇翯辰)

 

  在中长途航空旅行时,你是否经受过耳膜的持续肿胀?是否感受过客舱中极度干燥的空气?是否体验过拥挤逼扼的经济舱和湍流带来的持续颠簸?对大多数普通乘客来说,这些糟糕的经历严重影响了长途飞行的舒适性,在一定程度上抵消了航空旅行的便捷高效,很难让长途飞行成为他们美好的回忆。 

  今天,先进复合材料的大量应用不仅可以显著减轻飞机的重量、提升飞机的疲劳性能、延长飞机的维护周期和使用寿命,而且可以有效提高机舱内的气压和空气湿度,从而明显提升乘客乘坐的舒适性。曾经令人耳膜胀痛、口干舌燥的长时间跨洋飞行将成为历史。 

 

客舱加压

消除耳膜肿胀

  飞行中,随着飞行高度的增加,飞机周围的空气愈发稀薄,同时气压下降,温度也下降。在海拔4000米以上高空,人有较严重的缺氧现象。到了海拔6000米的空中时,机外温度下降到约-24℃,空气密度仅为地面的53%,此时穿普通衣服的人仅能维持有效知觉15分钟。早期的飞机,驾驶员靠厚的皮夹克来抵御寒冷,添置了制氧设备来应急,但无法抵御低气压。在二战结束以前,运输机的飞行高度始终被限制在海拔6000米以下,通常只在海拔600-4000米的区间飞行。直到1947年涡轮压气机被装进飞机,从此客机的飞行高度才突破11000米。在这个飞行高度上,外界的大气压强只有海平面的25%,大气温度约-50℃,这是人所无法承受的。而客舱内增压后的气压却相当于在海拔2400米高度的大气压强,这种客舱叫增压座舱。

  之所以不能把飞机客舱内的气压调整到和海平面相同,是因为客舱内压力如果过高,等飞机到达巡航高度之后客舱内外的压力差就越大,飞机结构承受的压力也就越大。若要保证结构安全和可靠性,其结构重量就要增加,明显增加油耗。不仅如此,在商用飞机频繁的起降和巡航过程中,反复加载的客舱内外压力差引起结构的重复拉伸,加速飞机金属结构的疲劳损伤,缩短飞机的使用寿命,这是不能被接受的。正是由于技术上的局限性,目前大多数商用飞机的客舱压力被设定在人勉强可以接受的数值,在飞机起降过程中,依然存在着约2400米高度差所对应的气压变化,乘客难免会感受到耳膜胀痛。

  以波音787和空客A350XWB为代表的新一代商用飞机,先进复合材料在主承力结构上大量应用,使得其机身结构能够承受更大的内外气压差,同时抗疲劳的性能优异,安全使用寿命足够覆盖飞机运营寿命期。正是由于先进复合材料的性能优势,波音公司决定将波音787的客舱压力增加到海拔1800米对应的大气压强。根据测试结果,通过客舱压力的进一步增加,大部分的乘客已经感觉不到耳膜的肿胀,极大地提升了飞行中的舒适性。

 

空气加湿

客舱不再似荒漠

  乘客在密闭客舱中常常感到环境不好,空气干燥,面部紧绷。敏感的人士甚至连眼睛都有灼烧感,往往飞机刚一落地就迫不及待地想要离开干燥难受的机舱。事实上,这不是由于客舱空气不够干净,通常商用飞机每三到五分钟就把全客舱的空气更换一遍,而是由于飞机客舱的空气极其干燥,湿度低于3%,比沙漠中的湿度还要低。

  飞机制造商将传统飞机客舱的湿度控制在3%以下,主要是担心潮湿空气产生的凝结水汽腐蚀机身的金属材料,影响飞机的结构安全性和可靠性。而新一代商用飞机中,复合材料被大量使用,凭借复合材料防腐蚀的特点,新一代飞机的客舱空气湿度可以调节到正常空气的水平,因此波音787也被称为“空姐最爱的飞机”。波音787的客舱空气直接来自飞机外部,湿度相对较高。专门的湿度控制设备会把客舱湿度控制在一个合适的范围,而不是像加湿器那样给环境主动加湿。

  通过先进复合材料飞机的气弹剪裁设计和阵风抑制技术,即便是波音787和A350XWB这样的中型客机,也能拥有超越波音747和A380大型客机的稳定性。新一代民机通过分布式传感器,可实时监测风力和气压等环境数据的变化,所有传感器信号均传入中央飞控系统,再根据阵风抑制算法控制飞机的各个控制面,对飞机的气动特性进行微调以对抗湍流,显著地减少因为阵风等扰动带来的颠簸和眩晕。

 

先进复合材料

提升客舱舒适度

  得益于先进复合材料技术的应用,大舷窗带来的飞机结构的载荷挑战被解决,因此波音梦想客机787配置了高47厘米,宽28厘米的超大尺寸舷窗,无论坐在什么位置,都能让万米高空的美景尽收眼底。同时,波音787取消遮阳板,采用液晶电子舷窗,通过电压调节液晶体的透光率,从而控制外界光线的进入。这一技术不仅能够让乘客在避免阳光直晒的同时欣赏蓝天白云,而且能够提升飞机的科技感和现代感。

  先进复合材料飞机通过减轻结构重量,减少了飞行油耗,增大了飞机航程,让跨洋的点对点飞行轻而易举。这避免了乘客在航空枢纽之间频繁换乘带来的麻烦和浪费的时间,同样提升了长途飞行的舒适性和体验感。

  先进复合材料在新一代商用飞机上的大量应用,提升了航空旅行的舒适性和体验感,让更多的人选择新一代商用飞机作为航空出行工具,实现了其商业上的成功。商业上的成功,也将促使制造商投入更多的精力用于先进复合材料技术的研究和应用,这必将进一步提升先进商用飞机的舒适性,实现良性循环。

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