空客A350和波音787的对比研究

胡挺 王晓春 任盈盈

摘  要：根据波音公司和空中客车公司对未来二十年航空市场的预测报告，超宽体中型客机需求旺盛。文章选取波音公司787和空中客车公司A350中型客机，从性能参数，结构设计，气动设计，舒适性等方面进行比较，总结了两种型号飞机的采用的先进技术，为客户购买提供参考。

关键词：空客A350;波音787;比较

中图分类号：TKl24    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）35-0054-03

1  波音公司和空中客车公司对未来航空市场的预测

2015年6月11日，波音发布的年度《当前市场展望》报告预测全世界未来20年将需要价值5.6万亿美元的38 050架新飞机，世界民航机队规模将翻番，从2014年的21 600架增加到2034年的43 560架。在此期间交付的38 050架新飞机中58%是为了满足增长需求。截至预测期结束，乘机旅客总量将达到70亿人次。航空货运量将年均增长约4.7%。航空客运量将保持4.9%的年均增长率，接近5%的历史最高水平。波音预测宽体飞机市场将需要8 830架新飞机，其中以787-8和787-9梦想飞机为代表的200-300座机型为主。2015年的预测反映了需求继续从超大型飞机向以787和777X为代表的高效新型双发机型转移的趋势。

波音同时预测，20年后全球机队规模将达到35 800架。目前全球机队规模为19 000架，这意味着飞机数量每年将增加3.2%，与预计的经济增速一样[1]。

2007年底支线飞机是3 160架，单通道飞机是11 450架，双通道飞机是3 480架，747及更大飞机是910架;未来20年交付支线飞机是2 510架，交付金额是800亿美元;交付单通道飞机是19 160架，交付金额是13 600亿美元;交付双通道飞机是6 750架，交付金额是14 700亿美元;747及更大飞机是980架，交付金额是2 900亿美元;预计到2027年底，支线飞机数为2 630架，单通道飞机为23 540架，双通道飞机为8290架，747及更大飞机为1 340架。

欧洲航空巨头空中客车公司2014年9月25日发布全球航空市场预测[2]，未来20年全球新增宽体客货飞机需求约9 300架，总价值约2.5万亿美元。其中，250-400座的双通道宽体飞机需求约7 800架，用于执飞最繁忙航线的400座以上超大型宽体飞机需求约1 500架。空客预测称，鉴于亚太地区增长速度超过平均水平以及人口高度集中，约50%的宽体客机将交付亚太地区运营商。

在航空业界内部素有“得中型机者得天下”的说法，所以波音公司和空中客车公司都陆续推出宽体中型客机。

2  A350XWB和波音787基本参数及定购量比较

A350XWB系列客机主要包括有三种基本机型：最大起飞总重为245 t270座的A350-800，最大起飞总重为265 t314座的A350-900和最大起飞总重为290 t350座的A350-1000，三款飞机具有同样的8 500 nm /15 700 km的航程。波音787系列也有三种机型，242座的波音787-9、280座的波音787-8和345座的波音787-3，这三款飞机的航程分别为7 900 nm /14 600 km、8 500 nm /15 700 km和7 700 nm /14 200 km。截至2007年底，波音787的订购量，见表1，A350的定购量，见表2。A350XWB与波音787的性能比较，见表3，A350XWB-900与波音787-9的性能比较，见表4。

3  结构设计比较

3.1  A350的结构设计

A350XWB 4块复合材料壁板+金属框架示意图，如图1所示。

在机身结构选材上，A350采用A380的“混杂结构”原则，即在不同部位采用不同材料。在A350上，CFRP（carbon fiber reinforced polymer）用在了包括机翼、机身、垂尾、襟翼、水平尾翼、后承压隔框、龙骨、中央机翼翼盒和机翼外翼盒等大量主结构上。60%的主结构采用了先进材料，其中复合材料占37%，钛合金占9%，铝锂合金占23%，铝合金占11%，钢材料占14%，其他材料占6%。新材料的使用使飞机的重量减少了8 t以上。A350的机身蒙皮、桁条、横梁和座椅滑轨均采用铝锂合金，在A350机身上采用的铝锂合金的牌号为2198-8X。

第三代铝锂合金的锂含量不到2%，主要特点为：有更高的强度、更高的断裂韧性、更好的抗腐蚀性能、更优化的制造工艺，以及可以节省更多的重量（整个机身的重量减轻了约700千克）。A350上采用了许多新工艺，比如：飞机前机身和后机身下壁板的蒙皮与桁条采用激光焊;飞机的前机身和后机身纵向壁板的连接采用搅动摩擦焊等。

3.2  787的结构设计

在材料使用方面，波音787采用了61%的碳纤维复合材料，20%的铝，11%的钛，8%的钢，如图2所示。按体积，波音787全机80%采用复合材料。波音787拥有多项技术创新，波音78飞机是第一款以碳纤维复合材料为主的民用喷气式客机。碳纤维复合材料有以下几个优点：

一方面碳纤维复合材料不能隐藏损伤问题，用多种方法可以较快的发现损伤;

另一方面，用碳纤维复合材料制造的机身比较轻，这使得波音787更节省燃油，速度更快，燃油更省，更具环保，定检时间间隔更长，C检只需3年进行一次。

4   气动设计比较

4.1  A350气动设计

A350XWB的设计中，空客采用纳维-斯托克斯密集的和快速迭代的计算机流体动力学软件建立整个飞机CFD模型，完成了4 000 h的风洞试验（其中3/4为低速试验）。据A350项目总工程师McConnell说，计算结果和风洞试验结果的符合情况很好。A350采用了一种新式的后缘高升力系统--先进凹铰链襟翼（advanced dropped hinge flap），可用来使扰流板和襟翼偏转以控制后缘和襟翼间的间隙。该系统可改善巡航性能，可用于实现机翼变弯度和载荷减轻（load alleviation）。同时A350XWB采用机翼、襟翼导轨整流罩和翼梢小翼的一体化设计，同时通过安装在机翼上的大的发动机短舱的设计，消除了干扰阻力，通过详细设计机翼-机身交接区的过渡整流罩，减少了机翼和机身之间的干扰阻力。

同时采用顺气流襟翼偏转设计以减小阻力，并用7扰流片设计替代了此前的6片设计。A350还沿用了如A380的内段机翼缝翼前缘下垂设计，使低速阻力减少了3%，并通过新设计的飞机尾部，提高了飞机的飞行效率，全面改善了低速大迎角性能。

4.2  787气动设计

波音787的机翼设计延续了波音737NG（Next Generation）和波音777的超临界机翼设计。超临界机翼不仅可以在高次音速时有较好的气动力效率，而且还可以减少燃料的消耗并增加飞机的性能。除了机翼采用超临界机翼之外，波音787还采用了流线机鼻、鲨鱼鳍式翼尖小翼与尾翼，这些设计约估计可增加5%的气动力效率，对节约燃油非常有帮助，飞机每年的油耗最多可减少30 000加仑。

波音787设计中的先进空气动力学技术还包括放襟翼时下垂的扰流板和层流型短舱、平滑机翼技术。这些技术进步能降低阻力、提高效率、减少油耗和增大巡航速度，波音787的远程巡航速度能达到0.85马赫。巡航中后缘装置可变曲度控制这一技术可以在巡航中优化机翼的形态，在巡航飞行中，机翼后缘上下调节并可以持续优化翼型和效率。波音787还采用了简单的枢轴后缘襟翼，其襟翼导轨整流罩比传统飞机的要小得多，因此波音787获得了降低油耗与成本的、高效的升阻比性能。此外，简单的枢轴后缘需要更少的零部件，使得维修变得简单，但性能却丝毫不受影响。

5  舒适度比较

一般客机客舱内压力保持在2 400 m高度水平，高压氧舱试验证明，置身于6 000 英尺/1 800 m以下高度水平的乘客头疼情况减少、疲劳感减轻。而A350XWB客舱的压力始终保持在     6 000英尺/1 800 m或以下高度水平，客舱湿度保持在20%的水平，客舱的空气分布通过气流管理系统可以对气流根据乘客的多少进行调节，利用舱顶壁板和侧壁气流出口可以保持气流均匀，空气循环中没有废气。A350超宽体客舱将是目前客机中最安静的。

波音787飞机客舱最高压力高度为6 000英尺。在整个飞行旅程中，波音787客舱的空气湿度更高，且与载客量多少无关，有助于缓解干涩症状。在以往的金属机身的飞机中，随着湿度的增加，飞机会更易腐蚀，但波音787的机身材料大部分为复合材料，增加湿度不会对机身造成腐蚀。波音787还将B2轰炸机发展过来的阵风补偿系统运用到飞机上，使得飞机的飞行平稳度和舒适性进一步改善。

客舱尺寸方面，A350XWB的客舱的整体尺寸都要比波音787更宽：例如在扶手的高度上，A350截面的宽度218 in/554 cm，波音787截面的宽度是的215 in/546 cm，A350比波音787要宽      3 in/8 cm;在人眼睛高度上，A350截面的宽度为211 in/536 cm，波音787的截面宽度为206 in/523 cm，A350比波音787要宽            5 in/13 cm;波音787的经济舱走道宽55 cm，经济舱座椅宽47 cm。A350有两种布局，一种布局的座椅宽度17.5  in/44.5 cm，另一种布局座椅宽度19.25 in/48.9 cm。

6  总  结

经过对波音787和空客A350各型号飞机的结构设计、气动设计、舒适性等方面比较，两种飞机各有优势，性能不相上下;A350XWB尽管采用了52%的复合材料，但A350WXB的机身不是全复合材料的，只有蒙皮采用复合材料，框架依然是铝制的，空客认为复合材料在飞机上的使用量并不是越多越好，空中客车公司对飞机复合材料在空中遭到闪电击中后的导电造成的灾难性后果等问题的有所考虑，而波音公司恰恰在复合材料雷击问题上被FAA（美国联邦航空局）提出质疑。由于A350飞机没有正式投入运行，波音787和A350的经济性等无法比较。

参考文献：

[1] 段维祥，郝劲松.飞机系统[M].成都：西南交通大学出版社，2000.

[2] 陈支农.波音、空客两强决战亚太市场[J].交通与运输，2005，（12）.

[3] 赵秀丽.空客“A350”叫板“波音7E7”[J].国际航空，2005，（1）.