日本技術改變空中之旅

撰文者：鵜飼 秀德

日經科技報2012-05-14

--本文由日經BP社提供


最先進飛機「波音787」的航線正在穩定擴大中。
繼第一個客戶全日空（ANA）之後，
今年春季日本航空（JAL）也驗收了首架波音787。
為這架帶來「航空革命」的高科技飛機製造提供技術支撐的正是日本企業。


2011年秋季，
美國波音公司向ANA交付了首架最先進飛機「B787」。
看著降落在羽田的B787，
相關人士不禁讚嘆。
聲音很安靜。
觸摸機身時也不感覺冰冷。
窗戶很大。
機翼長而優美。
洗手間帶溫水沖洗器。
很多人都認為，
這是一架以往機型中所沒有的「人性化」飛機。


自萊特兄弟的飛機上天以來，
已經過去了大約110年的時間。
目前，B787的問世正在大幅改寫飛機的歷史。


人們希望運用更加合理且經濟的材料來製造飛機，
就像過去的協和式超音速大型客機及B747（雙層巨型機）所代表的那樣，
「速度」與「尺寸」的競爭時代已經終結。
新一代飛機要求採用對經營、乘客及地球環境負荷小的設計。


整個業界背景是航空業不景氣，
成本需要降低。
最近幾年，
LCC（低成本航空公司）的興起及燃料費用的高漲等，
導致各航空公司的經營不斷惡化。


新投入使用的B787也被稱為「日本準國產機」。
這是因為在機身的製造中，
日本企業承擔的部分佔了35％。
而上一代機型B767為16％，
B777為21％。
B787對日本技術力量的信賴度一下子提高了很多。


其中，
從機身開發階段就開始參與的是B787的第一個客戶ANA。
2004年，ANA決定以燃料費降低20％為條件，
購置50架新機型，
同時向波音公司派遣了技術人員。
為了製造出方便航空公司使用的機身，
ANA採用了與波音公司協同工作的體制。


此外，
參與B787製造的日本企業還有東麗、三菱重工、速霸陸及川崎重工業等，
主要公司超過了60家。
匯聚了日本技術的B787，
形成了前所未有的機身。


黑色的強韌機身


其實大幅改變飛機常識的是機身材料。
B787未使用鋁合金等，
而是採用了東麗開發的碳纖維複合材料。


儘管此前碳纖維複合材料已被機身尾翼的一部分使用，
但B787外表的絕大部分都採用了這種材料。
從字面可以看出，
這種材料並非金屬，
而是所謂的「炭」。
如果不進行塗裝，
這就是一架「黑色飛機」。
碳纖維複合材料在整個機身中所佔的重量比例為50％。


碳纖維是由丙烯纖維慢慢燒製而成，
為了提高強度，
在奈米等級上控制了分子排列。
碳纖維的問世改變了飛機的製造工藝。
而此前的鋁機身是將鋁板彎曲，
然後以無數鉚釘（金屬扣）固定而成。


而B787採用了捲繞碳纖維絲並重疊成數層，
然後製成機身的方法。
也就是說沒有接頭，
因此可加工成堅固的機身。
當然，因為比金屬輕，
也有利於節省燃料。


其實，
東麗的碳纖維複合材料在正式用作飛機材料之前曾經歷過很長的考驗。
1971年開始進行商業生產的碳纖維複合材料。
雖然比重是鐵的四分之一，
強度卻達到了鐵的10倍，
而且具有不生銹的特性，
可謂「理想的材料」，
但卻一直無法作為飛機材料使用。


最大的課題在於將碳纖維重疊為纖維層時，
在各層之間起到黏合劑作用的「基體樹脂」。
以前，
這種基體樹脂曾被指在飛機起飛和降落時如遇到撞擊飛鳥（Bird Strike）、飛石以及冰雹等的情況下，
會發生層間剝離，
存在強度明顯降低的危險。


於是，
B787採用具有較強韌性的「高韌性粒子」強化了基體樹脂。
即便受到外部衝擊，
也能保持不影響飛行的強度。
這是實現實用化的突破性進展。


據說用這種堅固樹脂製造的機身大幅提高了飛機尤其是客艙內的舒適性。
比如飛機內的濕度。
恐怕有不少人曾經為皮膚乾燥，
以及容易失去水分的飛機餐等苦惱。
飛行時機艙內只有百分之幾的超低濕度。
這是為了防止金屬機身劣化而採取的措施。
而用碳纖維複合材料製成的機身不使用金屬，
因此可調節為舒適的濕度。


因機身強度增加，
機艙內氣壓也可提高至接近於地面的水準。
即便在1萬3100公尺高空，
客艙內也能保持在1830公尺高度的氣壓。
而傳統機型的氣壓與2440公尺高度的氣壓同等，
曾有很多人為耳鳴或頭痛而苦惱，
新型機在這方面有了很大改善，
乘客的反應非常好。


機身獲得強化之後，
機窗尺寸也發生了變化。
寬度是原來的1.2倍，
除了靠窗的座位之外，
靠通道的乘客也能看到窗外的景色。
順便一提，
新型機沒有安裝窗簾。
而是採用了可用一個按鈕按照透明→半透明→遮光的順序改變玻璃顏色的高科技機窗。


「主翼」出自日本企業之手


「波音公司連自己的象徵性部件也讓給日本企業了嗎？」。
讓相關人士如此吃驚的原因是，
波音將主翼的製造委託給了日本企業。


B787的機翼特點是採用了曲線。
長度比中型機B767-300長12.5公尺。
長機翼可相應地發揮較強的升力，
使續航距離延長。
負責製造主翼的企業是三菱重工。


「此前只有主翼的製造沒有委託過給外部企業。
原因是主翼是飛機的象徵部分，
也是波音公司的代表符號。
但是，
三菱重工的技術之高不容錯過」波音日本如此表示。


B787已接到全球約60家航空公司的800多架訂單。
三菱重工為了應對這一空前的暢銷機型的生產，
在名古屋工廠增設了全球最大規模的複合材料硬化爐。
為波音力爭實現的月產10架新型機的增產體製做好了一切準備。
至於其他日本重工企業，
速霸陸參與製造了將機身與主翼結合在一起的中央翼等，
川崎重工業參與製造了前機身部分。


引發激烈爭論的洗手間


B787還在機內實現了外國人看來有些奇怪的日本「習慣」。
那就是帶有日本人不可缺少的衛浴裝置——溫水沖洗器的洗手間（由東陶生產）。
據說在B787上配備帶沖洗器的廁所也是ANA的強烈要求。
ANA的負責人員表示，
「如今，
日本在辦公室、酒店及家庭的廁所配備沖洗器已非常普遍。
飛機當然也需要順應這一潮流」。


但在要求最大限度實現輕量化的機內設備中，
必須裝載多餘的水。
「為何要如此講究沖洗器，甚至到了要承擔風險的程度」，
波音的社長百思不解，
ANA的負責人員則拼命說服對方，
「日本人的腸子比較長，
主食是稻米，
經常為排便煩惱，
所以沖洗器是不可缺少的裝置。
用手紙不行」，
這成了製造新飛機時的一段趣聞。


ANA已驗收4架國內線B787和兩架國際線B787。
最終將導入55架新機型，
陸續更換上一代機型。
55架B787全部投入使用的話，
預計每年的燃效改善效果將提高至100億日元。
日本航空（JAL）也在今年3月驗收了兩架B787。


去年秋季在美國西雅圖交付給ANA的首架B787


「今後，沒有日本企業參與製造的波音飛機將無法想像」。
正如波音日本的負責人所強調的那樣，
日本企業在飛機製造領域的影響力將不斷提高。


（記者：鵜飼 秀德，《日經商務週刊》）