新世紀(jì)民航機(jī)發(fā)展趨勢與中國的規(guī)劃

新世紀(jì)民航機(jī)發(fā)展趨勢與中國的規(guī)劃第1頁/共138頁主要內(nèi)容民機(jī)發(fā)展簡要回顧五代噴氣客機(jī)簡況未來民機(jī)發(fā)展方向航空相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)中國民機(jī)發(fā)展規(guī)劃第2頁/共138頁民機(jī)發(fā)展簡要回顧1909年德國用飛艇開辟定期航班1914年美國用飛機(jī)開辟定期航班戰(zhàn)爭時期民航客運(yùn)被迫停止1919年法德英紛紛開辟空中航線使用的飛機(jī)主要是戰(zhàn)時轟炸機(jī)改裝的20世紀(jì)20年代各國都開始研制專用客機(jī)客機(jī)較早采用新技術(shù)：單翼、全金屬波音247、DC-3使民航發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折二戰(zhàn)結(jié)束前活塞式客機(jī)一統(tǒng)下第3頁/共138頁1918年維梅轟炸機(jī)第4頁/共138頁1918年福克F.7運(yùn)輸機(jī)第5頁/共138頁1919年法爾芒F40運(yùn)輸機(jī)第6頁/共138頁1919年F-13第一種全金屬旅客機(jī)第7頁/共138頁1920年HP-V8旅客機(jī)第8頁/共138頁1921年維克斯維農(nóng)第9頁/共138頁1922年維克斯維多利亞第10頁/共138頁1925年波音40型第11頁/共138頁1925年福特三發(fā)客機(jī)第12頁/共138頁1927年洛克希德織女星第13頁/共138頁1929年容克斯G-38第14頁/共138頁1929年肖特C級水上客機(jī)第15頁/共138頁1929年多尼爾Do-X第16頁/共138頁1933年波音247第17頁/共138頁1935年DC-3客機(jī)第18頁/共138頁1935年馬丁M130“中國飛剪”第19頁/共138頁1938年DC-4客機(jī)第20頁/共138頁1943年洛克希德“星座”第21頁/共138頁1946年DC-6客機(jī)第22頁/共138頁1948年“子爵”渦槳式客機(jī)第23頁/共138頁1949年德哈維蘭“彗星”噴氣客機(jī)第24頁/共138頁1953年DC-7第25頁/共138頁五代噴氣客機(jī)簡況從彗星號到二強(qiáng)爭霸英國彗星號走在世界前列由于50年代中期的幾次事故，退出舞臺波音707、道格拉斯DC-8確立領(lǐng)先地位噴氣客機(jī)改變了運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，地球變小了噴氣客機(jī)速度快、升限高、乘坐舒適空中客車公司后來居上第26頁/共138頁噴氣干線客機(jī)的更新?lián)Q代第一代，彗星、圖104、波音707、DC-8第二代，波音727、737、圖154、DC-9、三叉第三代，波音747、A300、DC-10、伊爾-86第四代，波音757、767、A310、A320、圖204第五代，波音777，MD-11、A330/340大約每十年一代，速度高亞音速、1萬米發(fā)動機(jī)和氣動設(shè)計是各代改進(jìn)的關(guān)鍵第27頁/共138頁第一代噴氣客機(jī)“彗星”、“快帆”、波音707、DC-8和圖104等采用渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)、后掠翼大展弦比后掠翼，層流平頂翼型，大面積襟翼后緣襟翼和富勒襟翼、前緣縫翼和克魯格襟翼翼下短艙式多發(fā)動機(jī)布局，降低噪音和不利干擾活躍于50年代末，一直使用到90年代第28頁/共138頁第二代噴氣客機(jī)波音727、737和DC-9(MD-80)，“三叉戟”，圖154低涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，降低油耗，經(jīng)濟(jì)性好懸臂式下單翼布局，低阻力亞音速翼尖峰翼型，降低各部件氣動干擾襟翼等增升裝置采用多段克魯格襟翼和富勒襟翼復(fù)合材料開始大量使用尺寸、載客量和航程小于第一代，用于中短程航線改進(jìn)改型多，737仍在不斷改進(jìn)，已生產(chǎn)4500架技術(shù)特征已達(dá)到第四代水平。出現(xiàn)于60年代初，至今第29頁/共138頁第三代噴氣客機(jī)波音747，DC-10，L-1011，A300和伊爾-86等主要用于繁忙航線和遠(yuǎn)程航線，高載客量和遠(yuǎn)航程是主要特點采用寬機(jī)身和高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，低油耗噪聲和振動水平大大下降，乘坐更舒適載客量和航程較大，座位數(shù)約300～500人采用高展弦比及高氣動效率（改進(jìn)尖峰翼型）等技術(shù)措施經(jīng)濟(jì)性好，載客量大，解決了越洋運(yùn)輸問題第30頁/共138頁波音747-400性能機(jī)長：70.66米翼展：64.31米機(jī)高：19.33米最大起飛重量：395.986噸最大巡航速度：每小時985千米最大航程：13157千米最大載客量：592人短程和高密度座位布局，最大可載714人第31頁/共138頁第四代噴氣客機(jī)波音757、767、A310、A320和伊爾-96、圖-204中等載客量(200人以下)和中近航程先進(jìn)的高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)超臨界機(jī)翼和翼梢小翼高展弦比，小機(jī)翼后掠角，增大機(jī)翼厚度部件通用性高，成本和運(yùn)營成本更低為提供氣動效率還采用翼梢渦擴(kuò)展器進(jìn)一步減少部件干擾流場座耗油率比第一代降低了64％第32頁/共138頁第五代噴氣客機(jī)波音777，MD-11、A330/A340等設(shè)計上增加載客量、提高適應(yīng)性繼續(xù)探索降低油耗，提高經(jīng)濟(jì)性耗油率更低、排污更小、噪聲更低、涵道比更高、推力更大、維護(hù)性更好的渦扇發(fā)動機(jī)加大復(fù)合材料的用量繼續(xù)提高展弦比或加裝翼梢小翼提高氣動效率采用超臨界翼型或高效亞音速翼型。第33頁/共138頁大型飛機(jī)排行表安-225600噸圖160285噸安-124405噸B-52221噸波音747395噸B-1216噸C-5B378噸波音777263噸A380560噸A340254噸第34頁/共138頁彗星式客機(jī)第35頁/共138頁1955年圖-104第36頁/共138頁波音707第37頁/共138頁DC-8第38頁/共138頁波音727第39頁/共138頁波音737第40頁/共138頁三叉戟第41頁/共138頁737-900第42頁/共138頁MD-90第43頁/共138頁圖154第44頁/共138頁圖154第45頁/共138頁747第46頁/共138頁L-1011第47頁/共138頁DC-10第48頁/共138頁伊爾86第49頁/共138頁伊爾96第50頁/共138頁A300第51頁/共138頁747-400第52頁/共138頁A320第53頁/共138頁A340第54頁/共138頁A330第55頁/共138頁A340第56頁/共138頁A340第57頁/共138頁757-300第58頁/共138頁767-200第59頁/共138頁777座艙第60頁/共138頁777-300第61頁/共138頁MD-11第62頁/共138頁圖144第63頁/共138頁圖144第64頁/共138頁協(xié)和式第65頁/共138頁協(xié)和式第66頁/共138頁協(xié)和式第67頁/共138頁協(xié)和與紅箭第68頁/共138頁波音2707第69頁/共138頁

未來民機(jī)發(fā)展方向現(xiàn)有飛機(jī)的不斷改進(jìn)改型高速民航機(jī)（第二代超音速客機(jī)）超大型飛機(jī)高超音速飛機(jī)大型地效飛行器第70頁/共138頁高速民航機(jī)（二代超音速）圖-144、協(xié)和式屬于第一超音速技術(shù)上有重大突破，但存在很多問題噪音大、環(huán)保性差，使用受到很大限制載客少、航程短、經(jīng)濟(jì)性差，速度優(yōu)勢難發(fā)揮英法協(xié)和式分別于2002年和2003年停飛新一代高速民航機(jī)要解決上述問題歐洲、俄羅斯、美國都有許多設(shè)想第71頁/共138頁HSCT-1第72頁/共138頁HSCT-2第73頁/共138頁HSCT-3第74頁/共138頁航空航天飛機(jī)跨大氣層飛行器（TAV）完全可重復(fù)使用通常為兩級，一級可作為高超音速飛機(jī)二級可作為航天運(yùn)載器歐美等國20世紀(jì)80年代進(jìn)行過許多研究主要技術(shù)問題是多種模態(tài)的發(fā)動機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)與材料、控制技術(shù)、防熱技術(shù)等第75頁/共138頁X-43A高超音速驗證機(jī)機(jī)長3.7米，總重1270千克，升力體布局采用吸氣式超音速燃燒沖壓發(fā)動機(jī)Scramjet采用自帶氫燃料，大氣層中的氧氣與Pegasus空射火箭組合進(jìn)行試驗B-52轟炸機(jī)攜帶至12000米高空后釋放2001年6月2日首次試飛失去操縱墜毀2004年3月27日第二架進(jìn)行試飛達(dá)到M7（8000千米）速度，3000米高飛行時間10秒，720千米距離。第76頁/共138頁X-34A高超音速驗證機(jī)第77頁/共138頁X-34A與Pegasus火箭第78頁/共138頁X-34A與Pegasus火箭第79頁/共138頁X-43A驗證機(jī)第80頁/共138頁B-52攜帶升空2004年3月27日下午2時第81頁/共138頁B-52攜帶X-43A組合體升空試飛第82頁/共138頁P(yáng)egasus火箭推動X-43A加速第83頁/共138頁P(yáng)egasus與X-43A分離第84頁/共138頁X-43A吸氣沖壓發(fā)動機(jī)工作第85頁/共138頁太陽能飛機(jī)1978年英國人首次試飛成功太陽能飛機(jī)80年代初美國人麥克里迪取得很大成功蟬翼企鵝、太陽能挑戰(zhàn)者都很著名1981年7月7日飛越英吉利海峽成功紀(jì)錄：時間5h23m；距離260千米，54Km90年代美國研制了探路者、太陽神等型號，代表了國際最高水平用途十分廣泛：環(huán)保、飛行時間長、升限高第86頁/共138頁目前太陽能飛機(jī)性能性能：翼展74.6米（747為64米）太陽電池62000片，15千瓦功率飛行高度3萬米重量1200千克續(xù)航時間20小時速度40千米/小時加燃料電池可飛行6個月第87頁/共138頁1966年KM大型地效飛機(jī)

載重量大、高效安全、速度適中第88頁/共138頁1986年蘇聯(lián)雞鷂地效飛機(jī)

起飛重量400噸第89頁/共138頁2003年波音地效飛機(jī)設(shè)想第90頁/共138頁波音“鵜鶘”地效飛行器機(jī)身長110米，翼展152米，載重為1270噸?？蛇\(yùn)載17輛M—1主戰(zhàn)坦克，或3000名士兵。飛行高度6米，比普通飛機(jī)節(jié)約35％燃料。安裝4臺80000馬力的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)。飛行速度比艦船快得多，可達(dá)500千米/時。飛行高度能夠達(dá)到6000米。一次加油后在海面航程可達(dá)1.85萬公里。在陸地上，“鵜鶘”的航程可達(dá)1.2萬公里。第91頁/共138頁超大型客機(jī)載客量超過500人的大型客機(jī)美國、歐洲都進(jìn)行過大量研究空中客車A380于2001年開始研制技術(shù)問題不是太大，市場是不確定因素可以解決機(jī)場、航線繁忙問題能夠降低單座成本，提高舒適性現(xiàn)有機(jī)場要經(jīng)過改造第92頁/共138頁A380-900的性能機(jī)長79.4米翼展79.8米機(jī)高24.1米空重286,000噸起飛重量590,000噸動力裝置：4臺1332千牛發(fā)動機(jī)最大航程14450千米載客量：最低481人，最高840人載重量：95噸第93頁/共138頁第94頁/共138頁第95頁/共138頁第96頁/共138頁第97頁/共138頁第98頁/共138頁四

未來航空關(guān)鍵技術(shù)1、增升減阻技術(shù)2、一體化設(shè)計技術(shù)3、先進(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)4、智能材料技術(shù)5、非定常與渦動力學(xué)6、乘波技術(shù)研究與設(shè)計7、低雷諾數(shù)氣動力學(xué)第99頁/共138頁層流控制(LaminarFlowControl)

微孔吸氣技術(shù)，優(yōu)化被動層流控制、吸氣與吹氣組合、和發(fā)展超音速層流控制。翼表面鉆大量微孔，利用管路不斷地將機(jī)翼上的邊界層吸入，從而達(dá)到邊界層控制保持層流的目的。利用翼面微孔吸氣，可減阻25％，降低油耗9％，或增加載重4%～7％。主動層流控制與被動層流控制有效結(jié)合，可使機(jī)翼表面總摩擦阻力降低80％，并使亞音速飛機(jī)總阻力降低25％。大大提高飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，燃油效率提高45％。第100頁/共138頁湍流減阻(TurbulentDragReduction)

有溝槽減阻和橫向小肋減阻

溝槽減阻是沿機(jī)翼表面弦向開一系列有規(guī)則的V形溝槽，深度十萬分之一到幾百萬分之一毫米橫向小肋是在機(jī)翼表面按氣流方向安裝1條或幾條小翼片，是一種大渦破碎裝置。它可設(shè)計成機(jī)翼形狀，高度約為邊界層厚度的80％左右。這種小肋可以打碎邊界層內(nèi)的大渦結(jié)構(gòu)，使流動變得規(guī)則，從而達(dá)到減阻目的。

第101頁/共138頁氣動／推進(jìn)一體化設(shè)計(Airframe／PropulsionIntegratedDesign)

在飛機(jī)設(shè)計的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)與約束條件下，尋求最優(yōu)的發(fā)動機(jī)、機(jī)體整體布局。氣動／推進(jìn)一體化設(shè)計要考慮的主要因素有：(1)進(jìn)氣道的形式和位置；(2)前機(jī)身流場設(shè)計；(3)減小尾部阻力；(4)后機(jī)身的綜合設(shè)計；(5)內(nèi)外流一體化分析與設(shè)計。能降低飛機(jī)總阻力、改善飛行品質(zhì)、提高發(fā)動機(jī)推力和工作范圍。

第102頁/共138頁任務(wù)適應(yīng)機(jī)翼(Mission-AdaptiveWing)

能夠根據(jù)飛行條件的變化改變彎度或幾何形狀的機(jī)翼，又稱任務(wù)適應(yīng)性機(jī)翼，又稱自適應(yīng)機(jī)翼。機(jī)翼內(nèi)裝有傳感器和操縱機(jī)構(gòu)。機(jī)翼中間部分是不動的，前后緣能夠連續(xù)偏轉(zhuǎn)，從而達(dá)到柔性在改變彎度的目的。試驗結(jié)果表明，飛行速度、航程、盤旋能力和無抖振可用升力都有較大提高。任務(wù)適應(yīng)機(jī)翼還能提高機(jī)動能力、控制機(jī)動載荷、控制陣風(fēng)減緩。能提高飛行升限、改善飛行品質(zhì)、協(xié)調(diào)高低速性能的矛盾。第103頁/共138頁乘波飛機(jī)技術(shù)(WaveriderAircraft)

利用激波產(chǎn)生升力的飛機(jī)。當(dāng)超音速氣流流過乘波飛機(jī)底部時，會產(chǎn)生一個從前緣開始的激波面。激波驟然升高的壓力會產(chǎn)生了一個向上的升力。由于激波面壓強(qiáng)極高，因而升力和升阻比比常規(guī)飛機(jī)高得多。優(yōu)點：升阻比大、速度快、干擾小、結(jié)構(gòu)簡單、航程遠(yuǎn)、節(jié)能等。適于高超音速飛行，M4～M8，最大M12。它可在4小時內(nèi)完成環(huán)球飛行，航程2萬千米。比較突出的有：氣動、推進(jìn)一體化和優(yōu)化設(shè)計；激波與邊界層相互作用；發(fā)動機(jī)內(nèi)流和氣動外流干擾；超音速沖壓及組合發(fā)動機(jī)；實驗設(shè)備和實驗技術(shù)；數(shù)值模擬和計算技術(shù)等。第104頁/共138頁先進(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)

新型超高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)。仍探索三高：高涵道比、高壓縮比和高渦輪前溫度。通過選擇合適的轉(zhuǎn)子和靜子葉片數(shù)的比例、轉(zhuǎn)子與靜子軸向間距以及葉尖速度等來降低風(fēng)扇葉片噪聲。寬弦無凸臺大直徑風(fēng)扇的應(yīng)用，使噴流速度降低，因而使噴流噪聲降低；采用消聲噴管，在發(fā)動機(jī)短艙上采用衰減聲波的吸音材料、利用多瓣式混合器進(jìn)行內(nèi)、外涵道混合排氣等手段，也可以降低噴流噪聲。在風(fēng)扇材料方面，則可以采用復(fù)合材料等新型材料，既能夠降低噪聲，又能降低耗油率。第105頁/共138頁發(fā)動機(jī)環(huán)境相容技術(shù)

在發(fā)動機(jī)的環(huán)境相容性方面，將使用雙環(huán)腔燃燒室，改進(jìn)燃燒室設(shè)計，使燃油充分燃燒；在低速時只給外環(huán)腔供油，得到高油氣比，可以減少污染物的排放量。在發(fā)動機(jī)內(nèi)部，可以通過分級燃燒并控制局部區(qū)域的油氣比，降低氮氧化物的排放量。此外，噴嘴、擴(kuò)壓器、材料、氣膜冷卻等技術(shù)，都有助于減少氮氧化物的生成。第106頁/共138頁吸氣超燃沖壓發(fā)動機(jī)（Scramjet）目前噴氣發(fā)動機(jī)都是亞燃的，不適合M5以上；速度達(dá)M12時，靜溫4000度，推力幾乎為零；超音速燃燒沖壓的飛行速度可達(dá)M25軌道速度；這種發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，推力大，工作范圍寬；技術(shù)難題很多：內(nèi)流氣動力研究與設(shè)計、如何保持燃燒穩(wěn)定與有效、材料與防熱破壞、多工作模態(tài)組合等。第107頁/共138頁自適應(yīng)結(jié)構(gòu)(Self-AdaptiveStructure)

隨使用條件變化能自動改變飛機(jī)幾何形狀的結(jié)構(gòu)，獲得最佳性能。載荷減緩裝置、顫振主動抑制系統(tǒng)是通過改變飛機(jī)氣動機(jī)幾何形狀調(diào)整氣動力分布，減緩載荷或削弱顫振。正探索變彎度機(jī)翼、機(jī)翼、機(jī)身、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道一體化、層流控制、機(jī)敏起落架、智能蒙皮等新概念和新技術(shù)。可分成兩大類，一是埋入傳感器、微處理器、作動器系統(tǒng)；能提高結(jié)構(gòu)承載能力，壽命和阻尼特性，能自動監(jiān)測結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)破壞，提高可靠性和生存力。二是直接使用智能材料和結(jié)構(gòu)。

第108頁/共138頁低雷諾數(shù)機(jī)理研究與實驗

大飛行器的雷諾數(shù)很高，一般為10E7量級。自然界生物飛行雷諾數(shù)很小，如鳥和昆蟲，可小到數(shù)千數(shù)百甚至數(shù)十。這樣小的雷諾數(shù)意味著粘性大、邊界層厚、環(huán)量小，相當(dāng)于升力系數(shù)很低，機(jī)翼理論完全無效。必須探索非線性、非定常氣動力學(xué)。生物飛行機(jī)理用于飛行器，可研制出微/納級飛行器，亦可探索大型飛機(jī)氣動效率提高以及經(jīng)濟(jì)性改善。

第109頁/共138頁五

中國民機(jī)發(fā)展規(guī)劃運(yùn)5、運(yùn)7、運(yùn)8、運(yùn)11、運(yùn)12均屬于小型或中型運(yùn)輸機(jī)；后改進(jìn)或新研制星舟-60，ARJ21合作生產(chǎn)ERJ-145支線客機(jī)；80年代研制出運(yùn)10，后下馬；目前正在論證干線客機(jī)項目。第110頁/共138頁運(yùn)-5第111頁/共138頁運(yùn)-7-100第112頁/共138頁Y-7-200第113頁/共138頁星舟-60第114頁/共138頁運(yùn)-8中型運(yùn)輸機(jī)第115頁/共138頁運(yùn)-8第116頁/共138頁運(yùn)-9模型第117頁/共138頁運(yùn)-10第118頁/共138頁運(yùn)-10第119頁/共138頁運(yùn)-11第120頁/共138頁運(yùn)-12第121頁/共138頁運(yùn)-12第122頁/共138頁中巴ERJ-145（2003）第123頁/共138頁中巴ERJ-145（2003首飛）第124頁/共138頁ARJ21（2000年立項）第125頁/共138頁ARJ21渦扇支線客機(jī)2000年批準(zhǔn)立項80座，可擴(kuò)展到100座，美國GE發(fā)動機(jī)2005年首飛，2006年投入運(yùn)營第126頁/共138頁中國民機(jī)發(fā)展的若干問題領(lǐng)導(dǎo)人的關(guān)心：毛澤東“上海要造飛機(jī)”，周恩來“要坐中國自己造的飛機(jī)”。鄧小平1979年說：“三機(jī)部應(yīng)軍民并舉，既要努力搞軍用飛機(jī)，也要搞民用飛機(jī)。自己生產(chǎn)民航機(jī)，可以少用外匯去買國外飛機(jī)……為什么自己不加緊制造?！?。他后來還多次指出，“今后國內(nèi)航線要統(tǒng)統(tǒng)使用國產(chǎn)飛機(jī)?！?/p>

第127頁/共138頁1982年趙紫陽指出：“關(guān)于國內(nèi)航線使用民用飛機(jī)，由國內(nèi)自己制造要作為國策定下來。”胡耀邦在1984年指出：“這種事（指民用飛機(jī)）必須狠狠抓。如果80年代仍然上不去沖不破就太不象話了?！?984年11月23日，在李鵬主持的關(guān)于加速發(fā)展國產(chǎn)民用飛機(jī)問題會議的紀(jì)要中指出：“加速發(fā)展國產(chǎn)民用飛機(jī)問題，是到了該解決的時候了。我們這樣大的國家，不能只靠買國外飛機(jī)搞民航。發(fā)展國產(chǎn)民用飛機(jī)是要花錢的，但非干不可?！?/p>

第128頁/共138頁關(guān)于運(yùn)10下馬的原因政治原因：四人幫的產(chǎn)物？用戶原因：民航態(tài)度不積極；先天原因：論證不夠、能力不足；業(yè)內(nèi)原因：三機(jī)部只是業(yè)務(wù)指導(dǎo)；經(jīng)濟(jì)環(huán)境：經(jīng)濟(jì)調(diào)整；技術(shù)原因：耗油、超重、成本、安全、維修經(jīng)費(fèi)原因：國家計委不愿投資；國際原因：國外用合作引誘意欲擠跨第129頁/共138頁20世紀(jì)80年代后期干線支線之爭仿制自制之爭波音麥道之爭市場問題之爭（面向國際還是國內(nèi)）起點高低之爭MD80與MD90（麥道大員：我們選擇與上海合作的目的就是要搞垮中國的運(yùn)10）?！敦敻弧冯s志聲稱：“因為上海搞過運(yùn)10，我們才與上海合作，如果不打倒運(yùn)10，美國飛機(jī)就不好打進(jìn)中國?！?/p>

第130頁/共138頁20世紀(jì)90年代航空騰飛計劃三步走戰(zhàn)略：MD82/90、合作支線、自行研制中韓合作、中新合作、中法新合作第一步前期到1995年基本完成，第二步艱難AE100計劃：1996年簽約，1998年中止原因：空客亞洲公司無權(quán)代表空客簽約，

100座市場前景不好，空客無力搞中國在