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别名“梦想飞机”的波音787客机拥有多项技术创新，它可以更安全、更可靠地自动飞行，减轻颠簸，乘坐起来也更加舒适。那么，飞机为什么能飞起来呢？驾驶舱是什么样子的？梦幻般的全新机型波音787，到底又应用了哪些最新技术？

2013年6月2日，中国首架波音787客机飞抵广州白云机场，正式加入中国南方航空公司。6月7日，它满载着228名乘客腾空而起，并顺利抵达北京首都国际机场。这标志着中国首架波音787正式投入商业运营。

人们惊奇地发现，飞机主翼优雅地上翘，而传统机型只有在飞行过程中主翼才向上弯曲。正是因为使用了CFRP，所以波音787的主翼才能达到这个前所未有的弯度。

2011年9月25日，首架波音787“梦想飞机”(Dreamliner，以下简称为B787）在美国华盛顿交付给日本全日空航空公司（ANA），同年10月26日，这架B787进行了首次商业飞行。现在，这种世界最先进的客机，已经得到了全球的认可。

B787使用了约32吨的“碳纤维增强聚合物”（carbon-fiber-reinforced polymer，CFRP），占了机身结构材料的一半。而且，机身系统的动力实现了“电气化”，拥有多项技术创新。

更节能，是B787的另一大特点。与其他同类飞机相比，B787可以节省20%的燃油，所以尽管是中型客机，它的最大航程却可以达到11000公里，大致相当于从北京直飞纽约（北冰洋航线）的距离。也许在不久的将来，就能开通不经停大型机场（枢纽机场）而直飞国外小城市的点对点直航航线，从而减少换乘所需时间和奔波的疲劳，使旅行更加舒适。这一点对于乘客来说无疑具有极大的吸引力。

飞机为什么能飞起来？

飞机是利用向上的浮力（升力）实现升空飞行的。机翼在空气中移动，产生升力。机翼与空气形成一定的角度（迎角），空气沿机翼流动。由于机翼上下侧的形状不同，机翼上侧的空气流动得比下侧的空气快。根据伯努利定理，空气流动越快，压力越小。所以，机翼上侧的空气压力小于下侧，这就对机翼产生了一个向上的升力。当飞机滑行并不断加速时，作用在机翼上的升力也在相应不断增加，在升力逐渐增大到能够托举整架飞机的程度后，飞机就会腾空而起，直冲云霄了。

为了获得足够的升力，机翼必须与流动的空气形成一定的倾斜角度（迎角）。那么，在航展上进行特技飞行表演时，飞机还可以倒过来飞行，这又是怎么回事呢？原来，在倒飞时，飞行员需要调整机翼的飞行姿态，让它依然与流动的空气保持一个向上的角度。这样一来，机翼照样可以产生足够的升力，飞机也就不会坠落而能继续飞行了。

飞机机翼的截面形状比较特殊，上下两侧的形状是不一样的，这又是为什么呢？原来，这种形状有利于提高升力并降低空气阻力。现在，研究人员可以通过风洞试验（人为制造气流来研究气流对飞行影响的实验）和计算机模拟，来比较哪种形状的效果更好，从而确定机翼的最佳形状。

抗腐蚀、更耐用的材料

飞机是由什么材料制成的呢？

以前，用于飞机机身结构的材料，绝大部分都是铝合金。例如，在B767（与B787类似的中型客机）中，铝合金材料的比例约为80%。然而，对B787而言，其机身结构的一半左右都使用了更轻、更坚固的碳纤维增强聚合物CFRP，而铝合金材料仅占机身材料的20%。

所谓CFRP，是由直径几微米※的碳纤维多层重叠，再浸泡过“黏合剂”后加压烧制固定而成的材料。此前，CFRP已被用来制造飞机尾翼的某些部分，而B787的主翼和机身等主体结构也大量采用了CFRP，成为第一款以CFRP为主体材料的民用客机，开创了历史之先河。

CFRP的优点很多，它能使机身更轻、更抗腐蚀、更坚固耐用。但是，B787的重量大幅减轻，仅仅因为CFRP重量轻吗？也不尽然。其实，“一体成型技术”也是功不可没。此前，金属机身一般由多块长方形金属板构成，需要成千上万个铆钉来固定。而B787使用了一体成型技术后，能够把机身的管状截面作为一个整体部件直接制造出来。这样的话，部件大大减少，而需要用紧固件（铆钉等）进行连接的地方就更少，毫不夸张地说，紧固件数量整整减少了80%。因此，飞机重量大为减轻，运行成本也随之大幅下降。

机身使用碳纤维增强聚合物，更加轻巧

极大减轻了耳鸣现象!？

CFRP抗腐蚀、更坚固耐用这一特点，也营造出了更加宜人的客舱环境，提高了乘客的舒适度。一般来说，空气湿度越高，机身材料越容易被腐蚀，因此客舱内的湿度通常只有百分之几。但是，用CFRP制成的B787根本不必担心腐蚀问题，因为这些材料不会随湿度的增加而受到腐蚀，所以B787的空调系统中增加了加湿器功能，将湿度提高到百分之十几，让人体感觉更舒适，这样就可以减少乘客在长时间飞行时的喉咙干渴、皮肤干燥等不适现象。

此外，客舱内的气压也有很大改善。通常，气压会随着高度上升而降低。传统机型的客舱气压相当于8000英尺（约2400米）高度的气压（约0.75个大气压），而B787的客舱气压提高到了6000英尺（约1800米）高度的气压（约0.8个大气压），更接近于地面气压（1个大气压）。以中国最高的建筑—广州塔（高600米）为例，B787的客舱气压相当于3座广州塔总高度的气压。由于客舱内气压升高，内外气压差变大，所以机身受力更大，这就要求机身材料的强度更高，而CFRP正好满足这个要求。由于气压变化，飞机起飞和着陆时我们常常会感到耳朵疼痛，并且嗡嗡作响，耳鸣不止，新型B787则极大地缓解了这一问题。

主翼比传统机型更加弯曲

刚才，我们列举了CFRP的众多优点。那么，CFRP就没有任何缺点吗？比如，使用CFRP制造的主翼更加弯曲，最大弯曲程度甚至能达2米左右。如果我们仔细观察飞行中的B787（见开篇照片），就会发现这一特点，乍一看就好像机翼弯折了。

专家介绍说，在设计主翼形状时，同时也考虑了飞行时机翼会弯曲，所以没有问题，大家尽管放心。事实上，CFRP之前已被用来制造部分尾翼，随着经验的不断积累，后来才慢慢开始用来制造机身。

有人担心，与金属相比，CFRP受损后很难在其表面发现损坏之处，因此检修起来可能会很困难。对此专家认为，使用CFRP后的检修方法会有所改变，但检修本身并没有变得更复杂。事实上，使用了CFRP后飞机强度提高，更坚固、更耐用，检修的工作量反而会减少很多。

另外，也有人担心B787是否有预防雷击的措施。当飞机遭雷击时，必须在机身外放电，以保证客舱内旅客的安全。CFRP本身不易导电，但在机身表面涂装了易于导电的材料，因此减少了雷击风险。

大幅提高的发动机效率

B787大幅度提高了发动机效率，对降低燃料消耗贡献巨大。那么，发动机的构造是怎样的呢？

大多数大中型飞机都装有“涡轮风扇发动机”(简称涡扇发动机）。一般的喷气式发动机是将压缩空气和燃油混合燃烧，向后排出燃气，从而产生反向的推力。为了获得更高的推进效率，涡轮风扇发动机除了从中央喷出高温燃气之外，还通过风扇转动，在周围形成相对低速的大量气流。

专家介绍说，如果燃气排出速度过高的话，动能损失也将增大，热效率就会变差。通过增加低速的排气流量，可以获得更高的推进效率。流经周围（外涵道）和中央（内涵道）的空气流量之比，称为涵道比（bypass ratio）。涵道比越大（流经周围的气流越多），发动机效率越高。

罗尔斯·罗伊斯公司为B787提供了新一代的发动机技术。根据该公司的介绍，2007年投入使用的发动机遄达900（Trent 900）的涵道比为8.5～8.7，而B787使用的发动机遄达1000的涵道比则为10.0～11.0，增幅非常显著。

除了大幅度提高了涵道比之外，B787还改进了风扇形状及燃烧室的材料，从而提高了发动机本身的燃烧效率。通过这些创新，B787比其他同类机型节省了20%的燃料。

（本文发表于《科学世界》2013年第7期）