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伟大的开始:空中客车A300/A310

2024-07-13 10:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

1965年协和首飞成功,点满了超音速客机科技树的英法工程师们开始冷静的思考一个问题:自己能不能靠着这家伙挺到退休。

毕竟两倍声速的代价是五倍的人均油耗、更大的巡航噪音和更高昂的维护费用,航司至少要以市场价20倍的价格售票才有盈利空间。

协和式飞机  图源:搜狐网空客的诞生——欧洲人的欧洲人少有的清醒

在历史进程的十字路口,欧洲人表现出了少有的清醒。1967年,英法德三国决定研制一款载客量在300座级的宽体客机,采用类似737那样的翼吊双发布局。1970年,空中客车公司(Airbus)诞生了。由于第一款客机载客量在300座,于是第一款产品被命名为A300。

起初,只有英国、法国和德国参与研制,后来西班牙和荷兰以政府名义参加研制。1968年,A300的机身缩短,载客量下调到250座,被命名为A300B。

A300三视图  图源:百度图片

五个国家分工如下:法国宇航公司生产含驾驶舱的头段、飞控系统、中机身下半部和发动机吊架;英国宇航公司生产机翼主体;德国空中客车工业公司生产机身大段和垂直尾翼;荷兰福克公司生产所有气动舵面;西班牙宇航公司生产机舱门、起落架舱门和水平尾翼。最后这些大段会被统一运到法国图卢兹机场进行总装。

空客公司的国际分工  图源:机床商务网

1972年10月A300首飞,1974年首架量产型A300B1投入市场。虽然一开始并没有什么起色,但后来国际石油危机的发生让A300有了大显身手的舞台。双发的设计天生就比三发客机和四发客机省油,同时维护成本也更低。A300还是世界上第一款双人驾驶的飞机,这样航司们也省去了培训飞行工程师的成本。

汉莎航空的A300  图源:网易博客超临界机翼设计超临界机翼

A300采用了很多当时算得上很先进的技术,双发双通道设计、继承自协和的配平油箱等,不过最先进的就算超临界机翼的应用了。

气体虚无缥缈,升力从何而来?让我们先看个可能跟飞机没啥关系的例子——水管里的水。

液体在管道里的流速等于单位时间内的流量除以横截面积,即使在水平管道里,如果管径变小,那液体的流速会变快,这很符合常识。

液体在管路变窄时流速的变化  图源:机坪夜话

不过问题来了,液体流速变快意味着动能的增加,水平管道重力势能又没有变,哪来的额外能量呢?200年前,伯努利通过一个方程告诉了我们答案。伯努利认为压力也是一种能量,能和动能和重力势能相互转化,而且对同一管道和介质这三者的和为一个常数。

伯努利方程  图源:百度百科

飞机的机翼也是上凸下平的设计,这样空气流过上表面的流速会比下表面大,上表面受的压力小于下表面,产生向上的升力。这种完全上凸下平的翼型被称为NACA翼型,它的升力完全靠加速上表面的气流得到。

NACA翼型  图源:搜狐网

不过NACA翼型有个缺点,就是一旦飞机速度超过某个临界值,由于产生升力是单纯依靠加速机翼上表面气流,所以机翼上表面气流流速会超过音速,机翼对空气的扰动速度会超过空气向外传播扰动能力的极限。这时候超音速产生的激波效应会使空气分子层层累积在机翼上表面,形成一道道风墙,导致机翼增升效果急剧下降。

NACA翼型导致的风墙  图源:机坪夜话

这时不妨换个思路,我们可以把机翼上表面做得更平滑,损失的加速能力由下表面后部的内凹减速空气增压补偿。这样的翼型被称为超临界翼型。

NACA翼型和超临界翼型的对比  图源:机坪夜话

所谓超临界,就是指即使飞机速度超过临界值,使机翼上表面气流超过音速的时候仍能保持高效的增升能力。

A300是世界上第一款采用超临界翼型的客机,提升能耗的同时大幅减小了巡航阶段的噪音。

被杀死的三发客机

A300诞生的70年代,DC-10、L-1011和图-154等三发客机正在市场上激烈竞争着。

DC-10、L-1011和图-154  图源:百度图片

A300诞生之初承担着为空客开辟市场、获得资本原始积累、帮助空客打响市场知名度的重任。飞机仪表上的单位也采用了和波音一样的英标而非法国人更爱的公制单位。

在全球最大的民航市场美国,A300甚至做起了“以租代售”,不好用不给钱的买卖。虽然一度被号称“空中浩劫战略合作伙伴”的道格拉斯吊着打。不过很快,机会就来了。

新西兰航空DC-10  图源:Flightaware

1973年,第四次中东战争爆发。被欧美在背后撑腰的以色列各种花式吊打后,阿拉伯国家们为了警告欧美,纷纷缩减原油产量,导致全球原油价格飞涨,引发了石油危机。原油价格的上涨令许多用着三发客机的航司们叫苦不迭。对于三发客机而言A300宛如神兵天降,双发设计相比三发在燃油经济性上有着先天的优势。

第一次石油危机  图源:百度百科

在阿拉伯国家的一番操作下,加上DC-10和图-154等的空难频发(DC-10还被取了个外号叫Daily Crash-10),传统的三发客机开始逐渐失去了自己的市场。出于平衡推力的需要,三发客机必须有一台引擎装在飞机中轴线上,普遍的安装位置就是垂直尾翼的根部,所以如果要拉长机身增加载客量,机尾的受力会发生极大的改变,有时甚至需要重新设计机尾。

DC-10技术数据,可见三个版本长度几乎没变  图源:百度百科

如此一来,A300成功大卖。DC-10除了A300的竞争外,还需要面对747的降维打击,加之货舱门、引擎吊架等设计缺陷引发了数起空难,DC-10的销量大跌,最后于1989年停产。L-1011客机由于市场早被道格拉斯摊薄,引擎选择过于单一,最终退市,洛克希德也直接告别了民用市场。图-154由于是苏联设计,也几乎没什么销量,加上人们对三发客机的阴影,到2006年停产。

英国皇家空军的L-1011加油机  图源:FlightawareA300与A310

进入80年代,随着737和道格拉斯DC-9等的大卖,空客也预见到中型客机的广阔前景,因此空客也在A300的基础上推出了机身缩短版A300B10,后来经过重新设计后被命名为A310。由于机身缩短,A310的航程从A300的7000千米提升到了9600千米,这样A310也就具备了跨大西洋飞行的能力。

A310-300  图源:百度知道

不过随着航空业对A310的需求量不断下降,A310于1998年停产,一共生产了255架。此时A300也老了,2007年,第561架A300下线,A300的生产也成为了历史。

A300和A310,是空客最早诞生的两款客机,他们出色的完成了空客赋予他们的使命:积累资金、打响名号、开拓市场。他们也成为了日后A320、A330和A340的模版,为空客未来的发展打下了坚实的基础。

A300是世界上第一款双发宽体客机,如果说707和DC-8把民用航空拉进了喷气时代,A300则把民用航空拉进了双发喷气时代。



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