波音的“环保工程”

陈培儒

绿色环保如今已经成为航空业津津乐道的话题。今年6月，波音携手阿拉斯加航空宣布，双方将在波音最新的“环保验证机”（ecoDemonstrator）项目上开展合作，在一架全新的737-9飞机上进行20项技术的飞行测试。

一直以来，波音十分重视“环保验证机”项目的发展。尽管受到新冠肺炎疫情和737MAX事件的双重影响，但过去两年，波音从未停止为该项目提供资金和技术支持，该项目对于波音的重要性不言而喻。

静音技术项目

作为行业领军企业，一直以来波音十分重视绿色环保技术在商用飞机上的应用。在“环保验证机”项目之前，波音早在2001年就提出了“波音静音技术项目”（QTD）。

在大多数情况下，飞机噪声是某种形式的气流偏转失真或湍流。在地面上听到的噪声，是由发动机噪声和机身噪声组成的。在起飞过程中，发动机噪声是主要噪声，而机身噪声是次要噪声。在起飞时，起落架收上、襟翼偏转角度小，是机身噪声较小的原因之一。在飞机着陆过程中，发动机噪声和机身噪声都较大，但在当前大多数飞机中，发动机噪声仍然稍大于机身噪声。为了选择和开发减噪技术，工程师对不同的噪声源进行了分类，分别是发动机噪声和机身噪声两大类，而前者又包括喷流噪声、风扇噪声、涡轮噪声、压气机噪声及圆锯式噪声;后者主要包括机翼噪聲和起落架噪声。2001年，波音启动静音技术验证机项目就是旨在减少飞行中的噪声。

第一个QTD项目，是波音与罗罗公司的联合项目。该项目借用了美国航空的一架777飞机。之后，波音又成功地推出了2号静音技术验证机（QTD2）。这一后续项目进一步验证了波音更多的先进减噪理念。通过与古德里奇公司、GE航空和美国国家航空航天局（NASA）等几大业界合作伙伴共同努力，波音圆满地完成了QTD2项目。在该项目中，全日空航空公司提供了一架777飞机，用于QTD2项目的一系列飞行测试。QTD2验证机测试了多项减噪技术，如发动机尾喷管的锯齿边、发动机进气口的吸音处理及起落架减噪功能。测试项目设计用于验证各项减噪技术，以为机场周围的居民以及乘客和机组人员提供更安静的环境。

波音静音技术计划在2001年～2005年实施，该计划中的多项技术之后被成功应用到了787等一系列新机型的研发中。在该项目获得成功之后，2011年，波音与美国航空公司、美国联邦航空局（FAA）合作，正式启动“环保验证机”计划。

一代代“环保验证机”

作为企业、行业与政府三方共同合作的项目，波音环保验证机项目采用客运和货运飞机为验证平台，评估与安全性和效率相关的飞机新技术。与早期的静音技术计划主要针对降低飞机噪音不同，环保验证机项目关注的范围更广，该计划的目标是瞄准整个航空生态系统的进步，对可提高效率、降低噪声、改善飞行体验的各项新技术进行验证、改进和应用，促进商用飞机制造商和航空公司进一步提高运营效率、降低油耗、减少燃油排放和噪声。

自2012年环保验证机项目启动以来，该项目已经在7架飞机上进行了近200项新技术的测试和评估。这些技术涵盖安全性、新型座椅、智能厨房、降噪节能等多个领域，其中很多已经被波音或其他合作伙伴转换为现实成果，投入航线运营。

波音第一代环保验证机项目是2012年在美国航空公司一架737-800飞机上进行的，共完成了14个测试项目。第一代验证机项目最显著的成绩就是后来被应用到737MAX飞机上的先进技术小翼的空气动力学性能。此外，包括可优化发动机效率的可变面积风扇喷嘴、可用于飞机电力的可再生氢燃料电池、可持续航空燃料、主动发动机振动控制等技术的研发都在第一代验证机项目中得到了很好的验证。

2014年，波音在自家787-8飞机上进行了35个测试项目，这也是第二代环保验证机项目。在这一代环保验证机上，波音首次使用了可再生柴油进行飞行。波音还与NASA合作，尝试了ASTAR系统微调，该技术有助于在进场期间实现飞机之间的精准间距控制。与此同时，在这一代验证机项目上，波音又尝试了一些新的可提高燃油效率和降低噪音的创新技术。

2015年，第三代环保验证机在Stifel飞机公司的一架757飞机上进行并完成了20个测试项目。这次，波音再次与NASA合作研发主动气流控制系统，以期改善方向舵上方的气流。同时这一次，波音还在这架757飞机上尝试用太阳能和热能来驱动电子舷窗，从而达到减少布线、为飞机减重的目标。

2016年，波音在巴航工业E170飞机上开展了第四代环保验证机项目的测试，这也是波音迄今为止最小的一款环保验证机。在这架验证机上，波音共完成了6个测试项目，其中源自巴西的甘蔗被选作了可持续航空燃料。

2018年，第五代环保验证机从客机变成了货机。这一次波音选择了联邦快递公司的一架777F货机为平台进行了37个测试项目，并在多个航班中使用了100%的可持续航空燃料。在这架环保验证机上，波音还测试了地面作业碰撞感知系统，利用飞机上的雷达和光学传感器来探测其他物体。同时波音还与合作伙伴一起制造副产品作为高价值材料再利用，用于制造替代钛合金（Ti64）的配件。

2019年，波音利用其自有的777飞机为第六代环保验证机完成了53个测试项目，这也是迄今为止波音在一个项目中完成最多的测试。在第六代环保验证机项目中，波音取得了不俗的成绩。如与NASA合作开发的记忆钛合金可以使涡流发生器根据温度而变化;开发的电子飞行包应用程序在特定的天气下可以自动调整飞行航线;配备传感器的厨房可以帮助航空公司更好地管理餐饮库存等。

2020年，尽管新冠肺炎疫情对行业造成了巨大的冲击，但是波音并没有暂停第七代环保验证机项目的推进，其与阿提哈德航空合作，在一架787-10飞机上完成了9个测试项目。针对疫情后对环境安全的更高要求，在该项目中，测试了便携式紫外线棒，可对高接触和难以清洁的表面（如驾驶舱控制面板）进行消毒。在减噪方面，该项目的合作伙伴赛峰对起落架进行了改装。同时，波音还与NASA合作对下一代商用飞机的气动声学进行了全面的研究。

投资可持续发展

波音环保验证机项目启动至今已近10年，如今该项目对于波音来说不仅是新技术的试验台，同时也是波音致力于绿色发展的象征。对此，波音相关负责人曾对媒体表示，尽管近两年来国际航空运输市场环境和波音自身都面临着巨大的压力，但环保验证机项目团队的工作从未停止。波音认为，未来绿色、可持续发展既是潜在的竞争优势，同时也会是进入市场的必要条件。因此，在波音看来，环保验证机项目的主要作用就是要持续评估近期和中期技术，以支持更广泛的可持续发展。

2021年，波音与阿拉斯加航空合作的环保验证机项目是公司的第八代环保验证机项目，同时也是首个使用737MAX机型进行的验证项目。该验证机已于今年6月29日完成首飞，计划进行20项技术的测试，试验将持续到12月2日，这也是波音环保验证机项目持续时间最长的一次。所有测试完成后，波音将会把这架飞机恢复至客运构型并正式交付给阿拉斯加航空投入航線运营。根据《航空周刊》的报道，在这架验证机计划完成的20项验证测试中，有5项试验值得关注。

一是测试一种可以显著降低对臭氧层影响的新型飞机灭火剂——三氟碘甲烷（CF3I），用于替代已经停产的哈龙（Halon）1301产品。目前，全球监管机构已经禁止哈龙公司灭火剂的生产，国际民航组织明确了2024年为哈龙公司灭火剂的最后使用期限。为此，在此次的环保验证机项目中，波音正与美吉特（Meggitt）公司合作为未来飞机可应用CF3I进行相关测试。

二是与美国国家海洋和大气管理局合作测量大气中的温室气体水平，以支持该机构的气候建模和长期预测活动。环保验证机测试侧重于最佳空气采用策略，以最大限度地降低设备安装成本和对飞机运行的影响，同时最大可能地提高测量质量。

三是评估降低现有发动机噪声，并探索在新一代发动机上使用短舱降噪衬层的可能性。波音对阿拉斯加航空这架737MAX飞机的右侧发动机短舱进行了改装，在反推装置上采用了先进降噪衬层和其他处理方法，这些改进将帮助应对新一代超大涵道比发动机和紧凑型短舱的不同噪声足迹。在验证飞行中，这架飞机将在蒙大拿州比较复杂的地形上进行飞行，以测试噪声情况，评估这种新设计对降低噪声的贡献。

四是在所有新测试技术中，波音的研发人员还计划将碳纤维废料转化为客舱内饰侧板。波音计划回收777X机翼生产中的碳纤维复合材料，用于制造客舱侧壁。这种耐用、轻质的材料将可以降低油耗和客舱排放，并支持波音可持续制造的目标。在制造和测试并行的同时，飞机测试将以面板的声学特性为中心。尽管波音已将所有碳纤维回收，但这次试飞将标志着回收材料首次进入飞机供应链。

五是测试可持续燃料的使用情况。2018年波音在联邦快递的一架777F环保验证机上创造了民用飞机首次使用100%可持续燃料飞行纪录。在今年的环保验证机项目上，波音将测试掺混了可持续航空燃料的化石燃油在飞机上的使用情况。测试所使用的可持续燃料是World Energy公司通过农业垃圾和废物提炼出来的。混合燃料中的可持续燃料可以降低燃料寿命周期内超过75%的碳排放。目前波音公司还计划与监管机构和业界各方合作，提升目前50%的掺混比例限制来拓展可持续航空燃料的使用。今年1月，波音承诺，其商用飞机将在2030年前获得使用100%的可持续航空燃料进行飞行的能力。

截至目前，波音环保验证机项目已经验证的技术数量已近200项，其中前几代环保验证机项目所取得的成果中，有不少已经在航空公司得以应用。如波音目前已经可以向飞行员提供实时天气和其他数据的iPad应用程序，能够改进燃油效率并降低碳排放。这些应用程序补充了波音提供给航空公司用于优化机队利用率的数字化分析服务。此外，新一代777X上安装的摄像机系统同样来源于环保验证机项目所取得的成绩，它可以帮助飞行员规避地面障碍来提高安全性。

绿色环保和降本增效是未来商用飞机产品保持竞争力的重要抓手，而波音环保验证机项目恰恰是围绕这两方面开展研究的。波音对环保验证机项目的定位并不是要在短期内取得重大的、突破性创新成果，而是循序渐进地开展满足未来市场需要的新技术，即便是在公司发展最艰难的时刻，波音也没有放弃对该项目的推进。或许这也是百年来波音能够在业界屹立不倒的重要原因，那就是始终坚信投资可持续发展就是投资未来。这一点值得中国企业学习和借鉴。