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波音那些事,737的诞生

2022.11.25

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波音是民航客机界的老字号,但波音的霸主地位不是一开始就坐上的。


威廉·波音建立以自己名字命名的公司后,一路发展,打造了不折不扣的波音帝国,旗下包括波音飞机公司、波音航空运输公司(主要经营航空邮运)和收购进来的普拉特·惠特尼(发动机)、哈密尔顿(螺旋桨)、西科斯基(水上飞机和直升机)、诺斯罗普(飞机)等。


但在1934年的反托拉斯法的强力介入下,波音帝国被肢解,只剩波音飞机公司,其他部分都独立出去了,其中包括从波音航空运输公司演变过来的联合航空公司(United Airline)。


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威廉·波音是从木材生意起家的,建立波音公司后,一路发展,打造了不折不扣的飞行帝国,但被反托拉斯法肢解后,卖掉所有股份,去做房地产和养马了


老威廉心碎之下,索性把以他名字命名的公司统统卖出去,脱离航空工业,自己去做房地产和养马去了。如今西雅图以北的Richmond Beach,Richmond Heights,Innis Arden,Blue Ridge和Shoreview等地都是他的地皮。他在1956年去世,差3天满75岁。


在没有波音的波音管理团队经营下,民航飞机方面,波音在30年代的波音247的短暂辉煌后,落后于道格拉斯,道格拉斯的DC-3太成功,这是第一种单靠客运业务而不是歪门邪道的飞行表演或包机就可以营利的客机,而不是一个贴钱的新鲜玩意。


DC-3 的军用型C-47是第二次世界大战中美军最重要的军用运输机,从中印驼峰空运到诺曼底登陆到,立下赫赫功勋。


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波音247在DC-3之前有过短暂的辉煌


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但B-17和B-29在战时取得巨大的成功


波音的轰炸机非常成功,差不多垄断了二战中美国的重轰炸机。波音通过B-17和B-29建立了巨大的产能,战后想重回民航市场,用B-29的机翼和发动机,配以全新的机身,设计了C-97运输机,波音代号为367型。


C-97成为战后初期美国载重量最大的运输机,在柏林空运中发挥了重要的作用,KC-97也成为第一代加油机。


为了重温波音247的好时光,波音将波音367进一步开发成双层机舱的波音377客机,以重新打进由波音247开创但在DC-3那里失去的大型豪华客机市场。波音377是波音的最后一架螺旋桨客机,在当时属于空前的豪华,上层可以设卧铺,缓解长途空中旅行的疲劳;下层是酒吧,供旅客在空中休闲,上下有旋转楼梯连接。但是波音377的销路不怎么样,只售出55架。


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战后波音用B-29的技术最终发展出双层机舱的波音377


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这在40年代末是不可思议的豪华,但销路并不好


波音的财路还是在于空军,B-47成为第一架喷气式轰炸机,B-52轰炸机至今依然是美国空军的重磅打手。但波音的心在民航上。喷气时代已经来临,面对天文数字的研制经费,波音清楚地知道航空公司不会愿意垫付新型喷气客机的研制费用,所以波音以喷气式加油机为名,试图将美国空军拉下水。


但美国空军不理波音的茬,波音只得单干。在B-52试飞成功一周后,波音决定倾入战后所有利润的2/3,以1600万美元的巨资,向喷气式客机冲击。波音用B-47的机翼和翼下吊挂发动机的布局,配以波音377的机身,开始了新机的设计,命名为367-80,最终在千回百转后成为划时代的波音707。以后对波音发展具有巨大印象的飞机设计师乔·萨特就是在这时加入波音的。


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B-47是第一种喷气式轰炸机,这个油老虎起飞时也是惊天地动鬼神


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B-52则是里程碑式的优秀设计,六十多年后依然是美国空军战略轰炸的主力


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划时代的波音707从给轰炸机空中加油的KC-135开始,曲线救国,最初还用波音367-80的名号打掩护


这是速度的时代,康维尔(后通用动力,现并入洛克希德)的CV-990速度最快,成为业界标杆,波音707相形见拙了。萨特重新设计了翼根,降低了跨音速阻力,在一定程度上补上了速度差距,而避免了全盘重新设计机翼。


萨特也参加了波音727的研制,主持了先进的襟翼设计。波音成功地推出四发远程的波音707后,再接再厉,推出三发中程的波音727,缩短机体,三发尾置。尾吊三发在60-70年代是很时髦的布局,波音727 、三叉戟、图-154都采用这一布局。


尾吊三发的位置比翼下吊挂要高,对跑道上的异物不敏感,还有自然压尾抬头以利用机体升力的作用。为了便于只有中等长度跑道的二线机场使用,波音727比波音707更强调短距起落性能,因此萨特的襟翼十分重要。


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乔·萨特在波音707时代加入波音,最终成长为波音747的总设计师


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但他也是波音737之父


萨特更大的贡献在于波音737。这架飞机如此重要,以至于60年后依然是波音的主力机型之一,这也是历史上产量最大的民航客机,至今累计产量已经约9200架,算入确认订单数则已经超过13500架,甚至超过战时B-17轰炸机的产量!


作为波音三剑客,波音737用于的是短程客运,杰克·斯坦纳担任总设计师。斯坦纳也是波音727的总设计师。但法国南方“快帆”、道格拉斯DC-9、英国BAe.111已经投入使用,波音737必须有明显的优点才有竞争力。“快帆”、BAe.111、DC-9都是每排4-5座、尾吊双发布局,波音737的最初设计也是差不多的格局。但斯坦纳决定用波音707的机体截面,也就是说,每排6座。机体越宽大,每排座位数越多,一般说来也越舒适。从航空公司角度来说,调整座位间距以平衡经济舱座位和商务舱作为也有更多的操作空间,未来要加长机体增加容量也方便。加大直径的机体也有较大的地板下空间,除了旅客行李,可以顺带运一点货。对于波音来说,还有利用现有设计和制造设施的便利。


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60年代的典型短程客机的气动布局是尾吊双发,如DC-9,波音737的最初设计也是这样的


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尾吊双发和下单翼还有利于缩短起落架长度,可以自带舷梯,便于短途运作

但机体直径加大后,机体气流附面层加厚,尾吊发动机与机体的间距需要增大,才能减少不利气动影响。这样一来,尾吊的优点荡然无存了。


萨特在波音727的研制中体现了才华,这时被斯坦纳要来,作为主要副手。萨特提议,何不把发动机搬到翼下?不过这不能是波音707的双发版,不可能简单照搬。波音707是远程客机,起落架较长问题不大,反正以大机场为主,有完善的舷梯伺候。波音737是短程客机,以中小机场为主,原设计甚至要求不需要舷梯,可以直接用飞机自带的机舱门翻转成梯子,供旅客上下。飞机还要求能在较简陋的跑道上起飞、着陆,所以起落架不能很长。但这样一来,翼下发动机的离地净空就不够用了。


萨特在反复斟酌之后,创造性提出,取消吊架短舱,发动机直接装在机翼之下,最大限度地利用翼下净空。问题是吊架加短舱不仅避开了发动机与机翼的互相干扰,万一发生发动机爆炸或者涡轮碎裂,短舱本身还有围堵碎片的功能。直接安装在翼下不仅没有了短舱的保护功能,碎片还可能直接击中翼内油箱。萨特提出,把发动机往后悬吊,最危险的涡轮部分伸出到机翼后缘之后,就避开了这个问题。当然,要是碎片刚好横着飞,击中机舱,那个倒霉蛋就要希望买票的时候换一个座位了。


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萨特创造性地取消吊架和短舱,把发动机直接装在机翼下,争取到了必要的离地空间


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3+3的座位对航司盈利更是大大的有利

斯坦纳很赞赏这个设计,但出于严谨,斯坦纳也一个副手组成红队,用尾吊双发方案;萨特和一个助手组成蓝队,用翼下双发方案。两队各自提出计算各项技术、经济指标,给定时间是两个月。但才两个星期,萨特的方案就决定性地胜出了。不为别的,萨特把发动机移到翼下,机尾空出至少两排座位,这就是纯盈利。本来这里只能布置厨房、卫生间,因为发动机太近,万一涡轮盘碎裂 ,造成旅客杀伤的概率太大。斯坦纳和萨特为波音737获得专利,两人的专利费是一人50美刀,在60年代应该够请家人吃喝一顿了,但也仅此而已。


波音737从“经典型”发展到“新一代”,现在又深度发展到MAX。早年短粗的机体已经被一再拉长,航程上则早就超过了波音727,甚至达到早期波音707的水平,已经开始用于北美东海岸到欧洲西海岸的大西洋越洋飞行。


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一代又一代波音737相继取得成功


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但随着更加省油的新型涡扇的采用,萨特的创举也成为无尽的头痛,连这样的异端都出来了


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发动机也不再位于翼下,而是基本上悬挑在机翼前方了


斯坦纳的3+3机舱是神来之笔。宽大的机舱不仅更舒适,尤其是靠窗座位机舱侧壁的弧度较小,侵入头部空间较少,靠窗旅客不必不由自主地偏着头乘坐。机舱宽大时,头顶行李空间也更高大更宽深。


这对现在的航空公司规则尤其重要。在各大航空公司为了增加盈利而限制免费托运行李的今天,越来越多的人选择多带随身行李。即使在完全符合航空公司规定尺寸的情况下,2+2的头顶行李箱也很难容纳所有旅客的随身行李,尤其是硬的行李箱,造成被迫在登机桥托运随身行李。不仅给航空公司增加麻烦,也给旅客增加烦恼,很多时候登机桥托运的行李最后随大件一起从转盘上出来,要是不小心把护照放入本来随身携带但在登机桥托运的行李中,过海关都成问题。3+3的机舱就较少这样的问题。


在不断发展中,萨特的翼下发动机布局最终也带来一些困扰。涡扇发动机的涵道比越高,油耗和噪声越低,但直径也越大。波音737的翼下空间本来就有限,大幅度增加发动机直径有困难。从第二代的波音737-300开始,发动机附件重新安排,短舱的底部变得扁平,以满足翼下净空要求。


到-800,上圆下扁的钟形正面已经成为新一代波音737的招牌形象。另外,发动机的安装也从萨特时代的紧贴机翼下前移到机翼前方,实际上整个发动机都在机翼前,喷口都与机翼前缘齐平了。这样一方面把机翼厚度也利用起来,只要外涵道喷气与机翼下表面有足够间距,最新的波音737MAX的发动机短舱上表面甚至可以高于机翼上表面,最大限度地增加发动机直径,另一方面依然满足涡轮盘碎裂时不至于击穿机翼油箱的要求。


不过翼下空间的限制最终还是一个限制,最新一代波音737MAX只能用直径较小的通用电气-斯奈克玛LEAP发动机,而不能用直径更大、涵道比更高的普拉特·惠特尼PW1000G齿轮减速涡扇。


在波音737之后,萨特担任波音747的总设计师,这又是一段惊心动魄的故事,但最终把波音推上民航客机世界的王座。


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由于设计局限,波音737的行李装卸只有这么一个小舱门


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只能由人工在低矮的行李舱里装卸,耗时长,劳动强度大,行李易受损坏,但这个问题只有重新投胎才能解决了


如今,每排5-6座、翼下发动机已经成为中短程客机的标准布局,除了ARJ21,当年为之纠结的尾吊发动机在新设计的中短程客机上已经罕见。当年选定的机体直径在今天看来有点窄,使得座位和走廊宽度有点捉急。当年人工装卸就成的行李舱如今依然难以与业界通行的航空集装箱相容,还是要靠人工装卸。


当年已经拮据的翼下离地空间更是成为如今换用更大直径涡扇发动机的障碍,以至于波音737MAX10的主起落架需要用复杂的分段展开设计以避免机尾擦地。当年主流的机电飞控更是远远落后于时代。但不争的事实是,波音737的基本设计依然适用,换用最新的省油的发动机更是使得MAX系列开出诱人的老树新花,与几十年沿用下来的训练、维修和备件体系相容则是航空公司争先恐后地订购MAX系列的巨大动力,以至于MAX系列成为历史上最畅销的737,这可是在已经世界之最的累计产量基础上达到的。


波音有意研发波音737的替换机型好多年了,就是下不了手,波音737的基本设计太成功的设计就是主要原因之一,坛坛罐罐太多,太难推倒重来了。


从一开始,波音737就不是波音的光环产品。先有波音707作为顶端、波音727作为中层,后有波音747作为顶端,波音757/767作为中层,现在更是有波音777和787压着,使波音737成为家族内永远的老三。这也是波音家族最能赚钱的机型,总是在老大、老二不着调的时候顶上去,为家分忧。但关云长还有败走麦城的时候,狮航610和埃航302空难不仅使波音面临空前的危机,也对波音737的未来投下浓重的阴影,有可能迫使波音重新考虑认真启动全新替换机型的设计。但波音737从三心二意的开始到最能为家赚钱的老三,已经成为传奇了,只是传奇的最后一章太黑暗。

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