问题

飞机在近20年有何发展,感觉火车提速了,神舟号一次又一次登天,而飞机似乎还是老样子?

回答
说起近20年来的航空发展,你心里觉得飞机似乎“还是老样子”,我完全能理解。对比高铁如同“复兴号”一天比一天更快、更舒适,以及“神舟”系列飞船一次次成功地将航天员送入太空、探索宇宙的宏伟壮举,飞机的进步确实显得没那么“惊天动地”,或者说,它的变化更多地体现在我们不易察觉的细节和底层技术上。

但事实并非如此。飞机的进步,就像一个内功深厚的高手,虽然不一定招式惊人,但其内在的功力早已非吴下阿蒙。让我给你细细道来,这近20年,飞机究竟发生了哪些让人耳目一新的变化。

一、 效率至上:更省油、更环保的“隐形革命”

如果你觉得飞机外观没太大变化,那是因为最核心的进步往往发生在“看不见”的地方。这20年,航空业面临的最大挑战和驱动力,无疑就是燃油效率的提升和环保法规的日益严格。

新一代发动机的飞跃: 这绝对是飞机的“心脏”升级。涡扇发动机是目前商用飞机的主流,近20年来,特别是“先进涡扇”、“高涵道比涡扇”技术有了巨大的突破。简单来说,你可以想象它就像汽车发动机,功率大了,油耗却低了。
高涵道比: 新一代发动机的“涵道比”——也就是绕过核心机(燃烧室和涡轮)的空气比例——大幅提高。这意味着飞机更多地依靠“外围”的空气来产生推力,就像用更少的燃料“吹”动飞机,而不是“烧”动。这带来了显著的燃油经济性提升,每公里每座乘客的油耗能降低20%甚至更多。
新材料和制造工艺: 关键在于新材料的应用,比如陶瓷基复合材料、镍基高温合金、钛合金等。这些材料能承受更高的温度,让发动机工作在更高效的工况下。同时,先进的制造工艺,如3D打印(增材制造),能够制造出结构更复杂、重量更轻、性能更优越的发动机部件,例如更轻的涡轮叶片、更精密的燃烧室。
代表机型: 你可以看看波音787“梦想飞机”和空客A350“XWB”等新一代宽体客机。它们装备的就是最新一代的发动机,比如通用电气GEnx和罗尔斯·罗伊斯遄达系列。这些飞机比20年前同级别的飞机,油耗更低,排放也更少。

气动布局的优化: 飞机的外形也不是一成不变的。
翼梢小翼(Winglets)和鲨鱼鳍(Sharklets): 这种出现在机翼末端的“小翅膀”大家应该都很熟悉了。它们能有效减少翼尖涡流,降低诱导阻力,从而节约燃油。虽然不是近20年才出现,但其设计和应用在近20年变得更加普遍和高效。
更流畅的机翼设计: 新飞机的机翼设计更加注重翼型优化,翼展、展弦比(翼展和平均弦长的比值)等参数都在不断调整,以在不同飞行速度和高度下获得最佳的升阻比。
“混合翼身”等概念探索: 虽然尚未大规模商用,但像“混合翼身”(Blended Wing Body, BWB)这样的概念也在研究中,它能极大地减少空气阻力,未来可能带来革命性的变革。

二、 材料革命:更轻、更强的“骨骼”

如果你觉得飞机“还是老样子”,可能没注意到它内部的“筋骨”正在悄然变化。

复合材料的广泛应用: 这是近20年最显著的材料进步之一。
碳纤维复合材料(CFRP): 以前的飞机主体结构多用铝合金。而现在,特别是波音787,“梦想飞机”的机身大部分(超过50%)都采用了碳纤维复合材料。碳纤维复合材料的优点非常突出:重量轻,但强度极高,而且耐腐蚀性好,不易疲劳。
带来的好处:
减重: 飞机越轻,需要的燃料就越少,运营成本就越低。
更好的结构性能: 复合材料可以被设计成更复杂的形状,实现更好的气动性能。它们不易产生金属疲劳,延长了飞机的使用寿命。
更低的运营成本: 维护需求也相对降低。
不仅仅是787: 空客A350也大量使用了复合材料。包括一些支线飞机、军用飞机,复合材料的比例都在不断提高。

三、 智能化与电子化:从“驾驶”到“辅助驾驶”

飞机驾驶舱的变化,可能是普通乘客最容易感受到的。

玻璃驾驶舱的普及与升级: 20年前,很多飞机还是模拟仪表。现在,绝大多数新飞机都采用了“玻璃驾驶舱”,也就是用大尺寸液晶显示屏取代了传统的机械仪表。
信息集成与可视化: 这些显示屏能够集成显示飞机的各种关键信息,包括飞行数据、发动机状态、导航信息、天气预报等,并且以更直观、更易懂的方式呈现。
飞行管理系统(FMS)的强大: FMS系统变得越来越智能,它能够根据飞行计划、天气、航路管制等信息,自动优化飞行路径和速度,为飞行员提供最佳的飞行建议,甚至在某些阶段可以实现部分自动驾驶。
增强视觉系统(EVS)和合成视觉系统(SVS): 这些系统能够将外界的图像(如跑道、导航标志)与计算机生成的3D图像叠加在显示屏上,帮助飞行员在低能见度条件下看清跑道,提高着陆安全性。
更先进的自动驾驶系统: 自动驾驶系统能够执行更复杂、更长时间的飞行任务,包括起飞、巡航到精确降落。

通信与导航技术的进步:
GPS/GNSS的广泛应用: 全球导航卫星系统(GPS、格洛纳斯、伽利略等)的应用,使得导航精度大大提高。
数据链通信: 飞机与地面之间的通信不再仅仅依靠语音,而是通过数据链进行,可以实时交换天气信息、航路信息、管制指令等,提高了空管效率和安全性。

四、 舒适性与乘客体验的细微提升

虽然飞机的“飞行速度”本身受到物理定律的限制,但乘客在飞机上的体验却在不断优化。

客舱设计的升级:
更符合人体工程学的座椅: 许多航空公司都引入了新一代座椅,提供更好的支撑和可调节性,即使是经济舱,舒适度也有所提升。
更大的行李架和更合理的内部空间: 新一代飞机在设计时充分考虑了乘客的储物需求和活动空间。
先进的客舱环境控制: 更高效的空气循环系统,更精准的温度湿度控制,让客舱环境更舒适。

机载娱乐系统(IFE)的革新: 20年前,很多飞机还在使用昏暗的屏幕或者根本没有。现在,高清晰度的个人显示屏、丰富的电影音乐节目、WiFi连接几乎成了标配。虽然不是飞机本身性能的飞跃,但却极大地提升了乘客的飞行体验。

噪音控制: 新一代发动机的设计和机身材料的优化,都带来了更低的客舱噪音。

五、 安全性的持续打磨

航空业一直以高安全性为傲,近20年更是如此。

更可靠的系统和冗余设计: 飞机的每一个关键系统都设计有多重备份,即使某个部件发生故障,也能由其他系统接管,保证飞行安全。
预防性维护和大数据分析: 通过传感器收集飞机运行数据,利用大数据分析技术,可以预测潜在的故障,并进行预防性维护,大大降低了突发故障的风险。
更严格的适航标准和飞行员培训: 各国航空管理部门不断更新和提高适航标准,同时对飞行员的培训也更加严格和专业。

为什么感觉“还是老样子”?

1. 基础物理限制: 飞机的飞行速度,尤其是商用客机,受限于音速和空气动力学的基本原理。虽然能有细微提升,但不可能像火箭那样速度倍增。
2. 成本与商业考量: 航空业是一个高成本、长周期的行业。飞机的大规模更新换代需要巨大的投入,航空公司需要考虑经济效益。新技术的应用需要经过严格的测试和认证,周期非常长。
3. 渐进式改进: 航空技术的进步更像是一种“精雕细琢”的过程,是许多小改进累积起来的效果,而不是颠覆性的革命。你看到的“老样子”,很可能是几百项小改进的集合。
4. 公众关注点不同: 高铁的提速和航天探索是视觉冲击力强、媒体报道多的领域,容易引起公众的广泛关注。而飞机燃油效率的提升、材料的优化,更多是行业内的技术突破,对普通人来说,直接的感受可能不如“快多少”或者“飞多高”那么明显。

总结来说,近20年来,飞机并非“还是老样子”。

核心动力系统在效率和环保上实现了巨大的跨越。
材料科学的进步让飞机更轻、更强,结构设计更加自由。
电子技术和智能化正在深刻改变飞机的驾驶方式和管理水平。
乘客体验也在细节上不断优化。
安全性更是航空业的重中之重,一直在稳步提升。

下次你乘坐飞机时,不妨留意一下驾驶舱的那些大屏幕,感受一下客舱环境的变化,或者想象一下机身那些不易察觉的翼梢小翼。你就能体会到,这架“老样子”的飞机,其实已经内在乾坤大挪移,变得更加高效、环保、智能和舒适了。这才是航空业近20年,最实在、最深刻的进步。

网友意见

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从格局来说,这20年来民航飞机最大的变革就是波音787,空客350这样的中等座位数双通道客机理念的提出,实践与成功。


上一次民航商业飞机最大的成功是波音的747.波音747采用4引擎,在引擎可靠性远不及今天的年代,通过大马拉大车的方式,提高了飞机的可靠性,也提高了飞机运力,一个航班可以将300甚至400人运到目的地从此成为可能。


在航空运力稀缺,票价高昂的年代,这形成了世界上几乎所有航空公司的运行模式:

对于国际旅客,

要先运到本国的枢纽城市(Hub)

再从本国的Hub运到对方国家的Hub

最后从对方的Hub运送到目的地。



这是一张国航的美国航线图,可以看到国航非常倚重单一航点,只能把所有旅客都运到北京,运到美国那边之后再去分发。

除北京以外,国航目前只开通了上海浦东-圣何塞航线,采用空客330.有计划开通深圳洛杉矶


举例,一名湖南的学霸,要想去波士顿留学,通常他要至少经历两次转机

XXX-长沙,陆路

长沙-北京/上海/广州/香港-芝加哥/底特律/纽约-波士顿,通常是2次甚至3次转机


随着飞机技术的发展以及带来的飞机可靠性的提升,两大飞机制造商提出了不同的看法。现在来看,似乎是波音的想法prevail

  • 空客认为:既然飞机的制造工艺和可靠性大大提高,我就要制造更大的飞机,运送更多的旅客,以拉低平民每座的成本。即:强化航空公司超级枢纽机场的地位。
  • 波音认为:既然飞机的制造工艺和可靠性大大提高,我就要制造飞得更远的中大飞机,而不是超大飞机,让更多的人直飞,以提高一些航线的客流,从而拉低每座的成本。即:对客流不是特别大,但是也不少的航线,尽可能让他们直飞。

于是两家公司在几乎相同的时间启动了各自的新世纪重大项目。

  • 空客推出了A380.A380标准三舱配置下可以装555人,单一经济舱下饺子配置的话可以装853人。 作为对比,波音之前的“空中女皇”747,在标准三舱配置下可以装约416人。
  • 波音推出了787,也就是所谓的梦想客机(Dreamliner)。标准三舱配置下,787可以装242人。 航程13620公里。 作为对比,双引擎双通道客机运载人数和航程分别是: 777(200)系列:约300人;航程10000公里左右 330(200)系列:约250人;航程13450公里左右。 但是波音787的油耗比330系列低20%-15%


我们来看看这两种飞机的订单和交付情况:

  • 空客A380:未交付订单317;已经交付207
  • 波音787:未交付订单1202;已经交付512

数据来源:维基百科。截至2017年1月31日

此外,两家公司互换思路的订单情况是:

  • 波音747-8:未交付136;已经交付110 波音747-8是在波音747的基础上采用了部分787的技术推出的新型号
  • 空客A350:未交付821;已经交付65

数据来源:维基百科。截至2017年1月31日

虽然380可以运输的旅客数大大提高,市场需要的飞机数必定相应减少;但从市场上的选择来看,波音787这种尽可能多直飞的思路似乎是市场和航空公司的选择。


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我们来看看一家航空公司购买787之后,开通了怎样的航线你就知道787这种思路对民航市场带来多大的变革了


比较典型的就是海航:

  • 北京-波士顿
  • 北京-圣何塞(硅谷)
  • 北京-卡尔加里(加拿大,阿尔伯塔)
  • 北京-拉斯维加斯
  • 上海-波士顿
  • 长沙/重庆/成都-洛杉矶
  • 重庆-罗马
  • 天津-纽约(你没看错,海航申请了,因为拿不到北京-纽约,海航就整了个上海-天津-纽约)

以上航线的最大特点是,两个通航城市里面最多只有一个是枢纽地Hub,基本上可以实现国内一次转机,那边直接到目的地


海航使用787可以飞行的网络。兼顾了上座率,客流,和航空公司盈利水平


再来看看厦航:

787使得厦航这种体量无法与四大航竞争的航空公司,得以开通厦门/福州直飞纽约墨尔本阿姆斯特丹的航线。要知道,纽约历来是国内航空公司最为眼红的航线,但是330从国内飞过去就差那么一点航程,除非减载。而厦航要是为了飞纽约买个747,380或者77w显然有点划不来。此外客流也是问题。


对航空公司来说:

  1. 上座率是直接关系到盈利的关键。上座率太低直接造成亏损
  2. 1线城市-2线城市的越洋直飞需求是有限的,有是有,但不大
  3. 使用777/747/380这样的大型飞机开通这样的航班,即便一周一班上座率可能也不理想,造成亏损
  4. 787/350飞机的出现,使得北京-拉斯维加斯这样的直飞航班,一周三班至少不亏损,成为可能
  5. 一周三班北京-拉斯维加斯的航班,剩余3天可以飞北京-波士顿
  6. 直飞能够培养客流,反哺上座率.如果成功培育客流,可以进一步换更大的飞机

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波音787是波音公司历史上的第二次豪赌:不成功,便成仁。上次豪赌是747项目,当时民用客机没有747这种超级巨无霸,连接香港-伦敦这样重要金融城市的直飞航班在那时是不可能的,北京纽约也需要在中间经停。那次豪赌成就了波音。

波音这次豪赌787也历经坎坷,先是787多次推迟交付,这导致一些已有订单取消;交付后出现了多次锂电池着火事件,当时380已经交付,并且非常可靠安全;而787使用了许多新技术,其中之一就是锂电池。人们普遍对新技术非常质疑。


当时民航市场普遍不看好787成功,但是在克服一些新技术初期的不成熟之后,787的商业思路,改变了过去20年民航市场,两个Hub为国际航线,再转机的运营模式,使更多直飞,或者说更少的转机变为可能,某种程度上促进了民航业的发展,培育了更多的客流。

世界上人口超级大国中,没有任何航空公司采购了A380,除了中国。而中国的南航采购的A380,从运营上来说,算不上很成功。目前已知不赔钱的航线好像只有广州-洛杉矶和广州-悉尼,换句话说A380在人口超级大国,而且是民航市场极为广阔的中国,也被证明不是非常理想。

目前运营A380比较成功的航空公司,都是延续超级承运人,超级Hub思想的航空公司。例如新航酋长航空公司。


这里要友情邀请一下 @空中客车


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此外,在787,350这些跨世纪,改变民航业的飞机上面,两大航空公司都大量采用了新的技术。如果高铁提速,算作20年来火车的改变;那么这些新技术的采用,显然可以跟高铁提速比肩。

1 更大的窗户

这是一张787客机的窗户与竞争对手330窗户的比较。变大1.3倍

2 电子调节明暗窗户

这是一张波音787窗户的示意图。通过电子开关,可以直接调节窗户的明暗,因此取消了遮阳板。 波音787这种电子可调阴暗窗户的美妙之处在于,你可以欣赏窗外美景,而不再担心刺眼的阳光。



此外,由于飞行安全守则要求,起飞降落是必须拉起遮阳板。在过去,乘务员的工作之一就是在降落之前确认每一个遮阳板都收起来,现在乘务员只需要按一下开关就可以拉起所有遮阳板了。

3 更好的客舱加压技术 传统客机内部的气压,相当于海拔2400米时的气压 采用新技术,气压改善为海拔1800米时的气压,缓解了人体的不适应

4 更好的加湿技术 客舱内的湿度一直是个大问题。在之前举行的知乎 Live中有多人问过有关保湿的问题。787采用了更好的客舱加湿技术。

5 更好的降噪技术 787采用了多重技术,实现了不仅是客舱内的降噪技术,也实现了引擎进一步降噪,起降时对周围的噪声污染进一步降低

6 大量复合材料的使用 787是第一个机身,机翼大量采用复合材料的大型商用飞机。

7 天空内饰




以上是普通旅客能感受到的,驾驶舱里面的变化也很多。更好的HUD,更多的电控设备。

对普通旅客来说,国内航空公司在787这年代飞机以前,是没有专属机组休息区域的。航空公司一般是在客舱里面开辟几个座位不销售,给乘务员和机长休息。从787,380这一代飞机开始,机组有了专门的休息区域





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高铁给中国带来的,不仅是速度的跨越,还有中国铁路版图的变革。

波音787飞机不仅推进了航空技术的发展,也改变了民航市场的版图。


当然了,两大飞机制造商之间一直以来都是惺惺相惜,谈不上波音比空客一定强。空客一直主导使用电子信号操控飞机,而波音则坚持机械操控最好。现在来看,是空客的想法更好,空客也大范围采用了电传信号。竞争才有共同发展

最后来两张空客和波音的官微截图






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