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波音777:计算机辅助设计的大胆尝试

小火箭出品

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波音777在如今有着很多的头衔:发动机直径最大的双发客机;世界上曾经最安全的飞机(自1994年首飞之后,到2013年,连续18年从未发生过造成人员死亡的事故);航空史上最大的双发喷气式客机;曾经创造过世界商用飞行器的单次起降航程纪录,成为了能够飞越大半个地球的客机。

波音777:计算机辅助设计的大胆尝试

但是,作为现代化工业体系中的皇冠,大型客机的设计与生产只有与现代计算机技术实现了深度融合之后,才能够有更为优化的设计和更为精湛的工艺。波音777做到了这一点。这也是小火箭认为波音777最为值得称道的一点。

计算机辅助设计(Computer Aided Design, 简称CAD)是指运用计算机软件制作并模拟实物设计,展现新开发商品的外型、结构、色彩、质感等特色的过程。而对于大型客机而言,仅仅用CAD描述这种由计算机参与的设计过程显得有些单薄。人们通常会用CATIA(Computer-aided Three-dimensional Interactive Application)来重新描绘这种设计过程。波音777的整个设计过程中都没有采取传统的依赖绘制图纸方式,而是由大量设计人员直接在计算机中生成零件、部件乃至整机的虚拟模型。这些模型保证了波音777上面的零件能够以优化的方式互不干扰地放置在合适的位置。

波音777:计算机辅助设计的大胆尝试

因此,波音777成为了首款没有制造原型机就开始生产量产飞机的大型客机。(也可以说,原型机在电脑中。)

波音777:计算机辅助设计的大胆尝试

上世纪80年代末到90年代初,波音公司使用了2200台电脑来进行飞机的设计工作。整架飞机首先从电脑中“生产”了出来。大到总体设计,小到管线布置,计算机辅助了很多设计工作,节省了大量的时间和成本。

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当时波音公司对计算机辅助设计还不是完全放心,于是对关键的机头41段部件用模型进行了验证,结果还是比较理想的。

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这架刚刚从香港国际机场起飞还没来得及收起落架的波音777-200有着一个非常荣耀头衔:第一架投入运营的波音777。这背后有着联合航空、国泰航空以及波音公司之间的一些故事。

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这张摄于1996年6月14日的照片展示了全日空第一架波音777的样子。2天前,波音777刚刚过完她首飞成功2周年(1994年6月12日,波音777首飞成功)的纪念日。这架777的垂尾涂上了777的字样。不久之后,777字样改回了ANA的字样。

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以色列航空的波音777-200ER。为了细分市场,波音公司把大型客机按照航程不同划分为三大类。A类:航程3900-5200海里(可以跨越美洲大陆);B类:5800-7700海里(可以跨越大西洋,进军欧洲航线);C类:8000海里以上(可以跨越太平洋,进军亚洲市场)。

波音777-200属于A类市场客机,其最大航程为5200海里左右。为了扩大市场,波音公司开了一个座谈会,准备将777的航程稍微延长一些。最终,充满激情的工程师们给出了777-200ER的方案。更大的油箱容量能够让波音777-200ER的航程达到7700海里(14260公里)。

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虽然波音777-200ER的初衷仅仅是对波音777-200的航程做一些延伸,但是这已经赋予了777跨洋过海的能力!1997年7月20日,中国南方航空公司完成了一个壮举:他们用一架波音777-21BER客机执飞中国广州白云国际机场飞往美国洛杉矶国际机场的航班,完成了世界上第一个由双发喷气式客机执飞的跨越太平洋的不经停航班。整个飞行时间超过13个小时,飞行距离超过12200公里。

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一架中国南方航空的波音777-21BER。她正准备降落在洛杉矶国际机场。注意其机头下部写着“越太平洋延程飞行”的字样,还是蛮霸气的。

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当年执行双发客机跨太平洋首航的波音777(B-2056)已于2014年年末退出运营。如今,那个CZ327/328航班由空客A380来执飞。拍摄:METRO96

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后来,中国飞往美国的航班逐渐多了起来。首都机场也不乏这样的远程航班。图为从美国航空的波音777内透过舷窗看到的北京的黎明时分,那时候北京的雾霾还不是很严重。拍摄:邢强

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这架马来西亚航空的波音777-200ER客机在2014年7月17日执飞马航17号班机的时候于乌克兰上空失事。

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马航MH370,波音777-2H6ER。

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波音777-200ER的驾驶舱。波音777是波音公司推出的第一款使用线传操控技术的大型客机。这种用于和空客、麦道竞争而研发的技术使得飞行员的负担大幅降低。飞行员的动作通过电脑计算后由线缆电路传输到液压作动器。不过,在波音777上,波音公司还是保留了传统的驾驶杆而没有使用侧杆。

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新西兰航空的波音777-200ER

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这只熊猫机是英航的波音777-236ER,正准备从伦敦飞往成都去接熊猫。

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2005年,巴黎航展上展出的波音777-200LR型。波音的天才工程师们让波音777的航程越来越远。他们并没有在14260公里的时候止步,而是通过将翼展增加3.9米,使777的航程增加到了17501公里。波音工程师们的战斗力如此之强得益于波音对研发的巨大投入。为了研制波音777,波音公司将其厂房扩大了2倍有余,并添置了大量现代化的设备。

2006年11月10日,一架777-200LR从香港起飞,一口气飞了22小时42分钟。当她在伦敦降落的时候,她已经飞行了21601公里,创造了当时的客机不经停飞行的最长距离纪录。

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一架波音公司准备交付给印度航空的波音777-200LR正在缓缓滑出埃弗雷特工厂的总装厂房。

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一架停靠在香港国际机场的加拿大航空波音777-200LR

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波音777-200LR的客舱布局,商务舱是可以放平的床。

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波音777-200LR有公务机型号,称作777 VIP,目前已经交付了2架,是世界上航程最远的公务机。

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波音777-300的机身比波音777-200的机身长了10.13米。因其载客量与早期型号的747差不多,而运营成本却比她低了40%,于是理所应当地成为了波音747早期型号的替换机型。

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国泰航空的一架波音777-300

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长荣航空的波音777-300ER。有个传说中的ETOPS规定,就是双发客机在单台发动机熄火的情况下,要具有飞行一定时间并找到合适机场着陆的能力。这个称作“转飞时间”的限制从上世纪50年代的60分钟逐渐延长到了180分钟。

(1988年,美国联邦航空总署修订ETOPS规定,把转飞时间延长到180分钟。)而波音777-300ER在一次飞行测试中,在太平洋上空关闭了一台发动机后,正常飞行了6小时29分钟。

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中华航空的波音777-300ER

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新西兰航空的一架波音777-300ER上面,有一群霍比特人。

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这里还有一群霍比特人

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波音777-300ER的头部

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中国南方航空的波音777F。波音777F有着典型的货机设计理念:极度简化甚至放弃机身油箱,放弃对航程的追求,让货运量最大化。波音777F的航程只有9065公里,但是其载货量达到了103吨。(充满了女王范儿的大家伙波音747-400F的载货量是112吨),这让货运型的波音777F有着极大的竞争力。实际上,这样的载货量对A380都是个威胁。2006年,联邦快递取消了其A380-800F的订单,改订能够很快交付的波音777F。

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西雅图的工程师门正在对一架波音777F的货舱进行检查。这架777F将会交付给汉莎航空。

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波音公司交付的第1000架波音777,目前属于阿联酋航空公司。

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波音777的海报

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几个主流大长身子客机的比较

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波音777充满力量感的6轮起落架

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阿联酋航空拥有世界上最大的波音777机队。不过,该航空公司于2011年2月宣布逐渐淘汰波音777后,这个称谓就不知能保多久了。

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波音777巨大的发动机。上上图为波音的一名工程师站在GE90发动机面前。

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波音777-9X

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波音777的尾段设计很有特色。实际上,波音777是波音公司的第一款大量采用复合材料制造的飞机。这些复合材料大部分用在了机身尾段的结构上。从后期的计算来看,这种设计使整机减重了10%。

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停靠在多哈国际机场的卡塔尔航空波音777机队

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自1990年10月29日,波音公司的董事会正式批准生产波音777系列飞机以来,波音777的交付量早已过千。从首批订购并提供建议的航空公司的要求来看,波音777的初始定位是比洛克希德L-1011多载客25%,并且能够拥有和747-400同样先进的航电系统。

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波音777在设计初期曾有过三发和四发的设想。但是,大量的计算机辅助设计表明三发的设计方案会使机身结构过于复杂,而四发吊装的方案则比双发的方案多耗油30%,于是波音777最终选择了双发方案。

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波音777纹身

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一架法航的波音777的触地瞬间

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波音777的翼展:没有最长,只有更长。

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