小翼的“魔力”
不久前,伴隨著首架接受翼尖小翼加裝的B-5478飛機緩緩駛?cè)攵z機庫,南航正式拉開了40架波音737NG飛機翼尖小翼改裝項目的序幕。其中,波音737-700和波音737-800各20架,整個加裝計劃預(yù)計在2015年6月底前完成。
翼尖小翼有何“魔力”,以致讓南航如此大動干戈?事實上,這塊在整架飛機上所占體積比例并不大的部件,可以有效減小飛機在飛行過程中無法避免的空氣阻力問題,從而大幅提升一系列的飛機性能,尤其在降低油耗、減少溫室氣體排放方面的效果,頗為明顯。
航空公司積極選裝
“這是節(jié)能減排的需要。”談到此次翼尖小翼改裝項目的初衷,南航機務(wù)相關(guān)部門負(fù)責(zé)人這樣解釋。長期以來,氣候變化成為影響人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大問題,并將對未來世界產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。而航空業(yè)對氣候變化的影響,主要體現(xiàn)在航空燃油消耗所產(chǎn)生的溫室氣體排放,包括二氧化碳、氮氧化合物等。
除節(jié)能減排外,節(jié)省油耗、降低成本也是南航此次改裝項目的一個重要原因。根據(jù)《中國民航節(jié)能減排規(guī)劃》提供的數(shù)據(jù),飛機燃油消耗占全國民航能源消耗總額的98%。因此,節(jié)省飛機燃油消耗成為了航空公司一個極富挑戰(zhàn)性的全新課題。
據(jù)了解,翼尖小翼屬于波音737飛機的選裝部件,國內(nèi)航空公司早期購買波音飛機時大多沒有選裝。現(xiàn)在,持續(xù)上漲的航油價格,激烈的市場競爭促使航空公司不得不更加重視節(jié)省航油,從而降低成本,提高運行效率。給客機加裝翼尖小翼,正是國內(nèi)航空公司應(yīng)對不斷變化的外界環(huán)境而采取的積極措施。
記者從波音公司了解到,新出廠的飛機都可以根據(jù)客戶的需求選裝翼尖小翼,較早出廠的飛機可以通過飛機維修企業(yè)加裝翼尖小翼。根據(jù)波音公司提供的資料顯示,目前交付的波音737NG飛機中90%以上在出廠時都已加裝了融合式翼尖小翼。對于原本未加裝翼尖小翼的波音737NG飛機,世界主要航空公司如美西北航、美西南航、法航、新航等,也都已實施波音737NG飛機翼尖小翼改裝。目前,世界上沒有加裝翼尖小翼波音737NG飛機大部分在中國,約有200架左右,南航此次改裝的40架也位列其中。
小部件如何發(fā)揮大作用
與南航一樣,如今,越來越多的航空公司在選擇飛機配型時決定安裝翼尖小翼,它給飛機性能帶來的改善逐漸被越來越多的航空公司所認(rèn)可。那么,這個小小的部件究竟是如何發(fā)揮這些作用的呢?
民航局適航司適航檢查處處長李博告訴記者,當(dāng)氣流流過機翼的上下兩個表面時,所產(chǎn)生的氣壓差會在機翼產(chǎn)生向上的升力。當(dāng)這種力大于飛機的重量時,飛機便能夠在天空飛行。但這時機翼下表面壓力較大的氣流,會有部分在翼尖處流向壓力較小的上表面,并因此產(chǎn)生渦流。當(dāng)飛機飛得越快,所產(chǎn)生的渦流也越強,這樣會增加飛行時的阻力和燃料的消耗。要減少這種渦流的出現(xiàn),其中一種方法是采用更加細(xì)長的機翼,但太長的機翼會使飛機在較小型的機場中造成不便,例如無法使用某些登機廊橋等。所以,后來便出現(xiàn)了翼尖小翼的設(shè)計,它能通過改變翼尖附近的流場從而減小渦流的強度,而且它的角度也能同時產(chǎn)生向上和向前的分力,來增加飛機的推力和升力。
“簡單點說,飛機在飛行中會產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力、壓差阻力等,其中大部分阻力會很快轉(zhuǎn)化為熱能。只有誘導(dǎo)阻力,才是我們能人為通過一些措施改變的。翼尖小翼正是通過減少誘導(dǎo)阻力,從而提高飛機的爬升能力、起飛重量,并減少油量消耗。”李博解釋說。
針對如今不少航空公司熱衷于為飛機加裝翼尖小翼的現(xiàn)象,業(yè)內(nèi)專家表示,其實并非所有飛機都適合加裝,翼尖小翼的加裝與否,還是要取決于飛機原本的設(shè)計和航空公司航線的需求。雖然翼尖小翼能有效地減少飛機飛行時的阻力和燃料消耗,但在短程航線上,它為飛機帶來的額外負(fù)重會加大燃料消耗,所以在一些用于短程航線的飛機上并不建議安裝翼尖小翼。
不得不算的成本節(jié)約
經(jīng)過幾年的探索,全球范圍內(nèi)不少航空公司的運行實踐均證明,加裝翼尖小翼能夠有效地降低燃油消耗量,減少溫室氣體排放。但這塊小小的板子到底能為航空公司帶來多少成本的節(jié)約?這是個值得研究的問題。
從航空公司改裝實踐分析來看,美國西南航空公司在給他們的波音737NG機隊加裝翼尖小翼前,對先期改裝的5架波音737NG做了測試,證實節(jié)油效果為2.5%。波音公司對國航一架波音737-700調(diào)機過程中收集的飛行參數(shù)進行了分析,結(jié)果表明,加裝翼尖小翼的波音737-700能實現(xiàn)節(jié)油2.1%。
從南航提供給記者的一份數(shù)據(jù)評估中可以看出,根據(jù)實際節(jié)油效果來分析,波音737-800飛機在安裝翼尖小翼后,理論上平均節(jié)油1%~4%(接近最佳高度)。以南航平均航段1.6小時的波音737-800為例,加裝翼尖小翼后,如能接近最佳高度飛行,理論上能實現(xiàn)節(jié)油約2.7%。但在實際運行中,飛機難以按最佳高度飛行,因而節(jié)油效果也要受到影響。以波音737-800為例,在同等條件下,加裝翼尖小翼后,總加油量減少,航段油耗降低。節(jié)油量與飛行高度有關(guān),飛行高度越高,節(jié)油越多,總體來說,每飛行小時節(jié)油約50公斤~80公斤(約2%~3%)。從飛機航程能力等方面分析,在裝滿油箱的條件下,加裝翼尖小翼后,波音737-800飛機可延長航程約200海里左右。
波音公司測試表明,在運行條件較為苛刻的山區(qū)和高原機場,帶翼尖小翼的波音737-800飛機,能改善飛機高溫高原的越障爬升性能,額外增加起飛限制重量約2000公斤。這對于這些機場的夏季運行尤為重要。以昆明至上海航線為例,在昆明機場從03號跑道起飛,在外界溫度26℃時,不帶翼尖小翼的波音738飛機的起飛限制重量為66300公斤,而帶翼尖小翼的為68900公斤。換句話說,帶翼尖小翼的波音738飛機可以比不帶翼尖小翼的多運2600公斤商載或27位旅客。按每客票價1000元計算,每班可增加收入2.7萬元,夏季60天每架飛機可增加收入162萬元。由此可見,在同等推力條件下,飛機加裝翼尖小翼可增加航空公司的收入。
此外,加裝翼尖小翼對運行的其他方面也有一定的影響,除提高飛行性能、飛行品質(zhì)外,還可有效降低起飛噪音、減少污染物排放,具有良好的社會效益。