探秘：巴航工業(yè)E2系列飛機(jī)何以成為最安靜的噴氣飛機(jī)
巴西航空工業(yè)公司（下簡稱“巴航工業(yè)”）E2系列噴氣飛機(jī)是當(dāng)今全球最安靜的窄體噴氣飛機(jī)。Simple Flying采訪了巴航工業(yè)工程、技術(shù)與企業(yè)戰(zhàn)略高級(jí)副總裁路易斯·卡洛斯·阿方索(Luis Carlos Affonso)，以探尋這一驕人成就背后的秘訣所在。
巴航工業(yè)的初衷便是設(shè)計(jì)出一架安靜的飛機(jī)
從構(gòu)思下一代E-系列噴氣飛機(jī)伊始，巴航工業(yè)對(duì)其定位就是一款在各方面表現(xiàn)都更加出色的噴氣飛機(jī)。關(guān)鍵要素之一就是飛機(jī)要盡可能安靜，而這無疑需要通過許多創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
巴航工業(yè)工程、技術(shù)與企業(yè)戰(zhàn)略高級(jí)副總裁路易斯·卡洛斯·阿方索(Luis Carlos Affonso)在接受Simple Flying專訪時(shí)，介紹了從最初設(shè)計(jì)開始，“安靜”這一要素的重要意義。他說：“飛機(jī)研發(fā)過程中就要考慮到噪音問題，而非事后衡量，它應(yīng)成為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。為此，需要在設(shè)計(jì)飛機(jī)之前就開始研究降噪技術(shù)。當(dāng)然，這就意味著需要加大研發(fā)投入，我們?cè)谶@方面做了大量努力?！?/strong>
要讓E2更加安靜，巴航工業(yè)需要做的第一件事就是明確噪音來源。公司團(tuán)隊(duì)與眾多知名學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作，利用一切可用資源，最終確定了可行的降噪點(diǎn)，然后便開始著手設(shè)計(jì)相應(yīng)的解決方案。
那么，結(jié)果如何呢？讓我們來一探究竟。
機(jī)翼
E2并非沿用第一代E-系列噴氣飛機(jī)的原始設(shè)計(jì)，而是在很多地方做出改進(jìn)。更準(zhǔn)確地說，相比初代設(shè)計(jì)，只有很少的地方?jīng)]有改動(dòng)。
第一個(gè)顯著改進(jìn)是機(jī)翼。E2系列的每款機(jī)型都有其獨(dú)特機(jī)翼，這在其他飛機(jī)制造商的產(chǎn)品系列中是極為少見的。由于每一個(gè)機(jī)翼都是根據(jù)該款飛機(jī)尺寸專門設(shè)計(jì)的，所以無論是尺寸、形狀還是規(guī)格，都沒有任何妥協(xié)——每架E2都會(huì)根據(jù)機(jī)身配備一款最適合的機(jī)翼。
在設(shè)計(jì)方面，E2飛機(jī)機(jī)翼擁有業(yè)內(nèi)最可觀的展弦比。相對(duì)于這款飛機(jī)大小而言，翼展可謂驚人。例如，E195-E2翼展為35.124米，比第一代E195寬6.4米。它比A220的機(jī)翼稍長，僅比大型A320neo系列機(jī)翼短0.7米。
路易斯·卡洛斯解釋了為何這對(duì)E2設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要：“這樣可以實(shí)現(xiàn)最高效的機(jī)翼和最小的阻力。阻力不僅會(huì)降低效率，還會(huì)產(chǎn)生噪音。這是一個(gè)循環(huán)——消耗的燃料更少，對(duì)環(huán)境而言，碳排放也更少。同時(shí)它也有助于降低噪音。因?yàn)椋坏┊a(chǎn)生噪音，就會(huì)降低效率,進(jìn)而消耗更多的燃料?！?/strong>
啊？竟然沒有上翹小翼？
E2機(jī)翼最非同尋常的一個(gè)特點(diǎn)是沒有上翹的小翼。對(duì)于許多主流窄體機(jī)而言，為提高效率、減少翼尖渦流和阻力，上翹的小翼已成為飛機(jī)不可或缺的一部分。但是E2飛機(jī)沒有上翹的小翼，而是采用了后掠式的翼尖設(shè)計(jì)，從而達(dá)到更佳效果。
?“我們?cè)诘谝淮a(chǎn)品上使用了小翼。但從那以后，設(shè)計(jì)工具、工程工具、動(dòng)力學(xué)工具均得到顯著發(fā)展進(jìn)步，使得我們能夠設(shè)計(jì)出后掠的翼尖，比上翹小翼更高效的機(jī)翼。
這種設(shè)計(jì)，不僅使得飛機(jī)效率更高，而且噪音更低。現(xiàn)在，使用小翼的原因主要是，機(jī)翼翼展受到限制...如果你看到一架沒有小翼的現(xiàn)代飛機(jī)，那將是最為高效的機(jī)翼?！?/strong>
上翹小翼始終是一種妥協(xié)的結(jié)果——這些結(jié)構(gòu)不僅增加了航空公司成本，還增加了機(jī)身重量。當(dāng)上翹小翼所節(jié)省的燃油不足以抵消其額外重量時(shí)，效果將適得其反。歸功于E2每款機(jī)型均使用最優(yōu)化的機(jī)翼設(shè)計(jì)以及最大展弦比，巴航工業(yè)樹立了設(shè)計(jì)水平的新標(biāo)桿。
“留意縫隙”
憑借全新機(jī)翼，E2飛機(jī)設(shè)計(jì)正朝著全球最安靜的窄體機(jī)這一目標(biāo)邁進(jìn)。然而，機(jī)翼的另一設(shè)計(jì)特征仍會(huì)不可避免地產(chǎn)生噪音，那就是飛機(jī)的操縱面。
飛機(jī)控制需要縫翼和襟翼（特別是在低速飛行情況下），因此它們?cè)谥懞推痫w期間，通常發(fā)揮著重要作用。然而，這不可避免地會(huì)給機(jī)場(chǎng)周邊制造一些噪音，因此這也是此前亟待巴航工業(yè)解決的問題之一。
為解決這一問題，巴航工業(yè)使用了新的密封設(shè)計(jì)，它可以完全密封縫翼滑軌，降低起降過程中的氣動(dòng)噪音。襟翼采用側(cè)面邊緣密封，可以減少表面的渦旋聲。而類似的改進(jìn)之處還有很多。
現(xiàn)代客機(jī)的設(shè)計(jì)為了APU、空調(diào)，以及航電設(shè)備冷卻，機(jī)身上都留有很多進(jìn)氣口和排氣口。在E2設(shè)計(jì)上，巴航工業(yè)工程師對(duì)機(jī)身上所有進(jìn)氣口和排氣口都進(jìn)行了改進(jìn)——包括加裝蓋板、進(jìn)排氣口外形的改進(jìn)，以及整流罩的改進(jìn)，這些都是針對(duì)降噪的專門設(shè)計(jì)。同時(shí)，正如路易斯·卡洛斯特別強(qiáng)調(diào)的：“針對(duì)每個(gè)進(jìn)氣口和排氣口，我們使用了特別的降噪設(shè)計(jì)。有助于降噪的外形設(shè)計(jì)同時(shí)也有助于減少阻力，從而降低油耗?！?/p>
發(fā)動(dòng)機(jī)性能有何提升？
從第一代E-系列噴氣飛機(jī)到E2的關(guān)鍵變化之一是采用了全新發(fā)動(dòng)機(jī)。E2由普惠PW1900G發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，與空客A220上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)非常相似。然而，歸功于巴航工業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在優(yōu)化飛機(jī)機(jī)翼、重量和航程方面所做的努力，飛機(jī)所需的推力更小。
相對(duì)于飛機(jī)尺寸來說，發(fā)動(dòng)機(jī)本身就十分龐大。的確，巴航工業(yè)這種略帶鷗翼型的形狀設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)這些大型動(dòng)力裝置。但合適尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素，正如阿方索所言：“之所以能實(shí)現(xiàn)高效，是因?yàn)橛辛烁蟮娘L(fēng)扇，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以更低的速度推動(dòng)空氣，從而獲得相同的推力?！币愿偷乃俣韧苿?dòng)更大的空氣量，因此與不流動(dòng)的空氣間產(chǎn)生的摩擦較小，而噪音正是由這種摩擦產(chǎn)生的?！?/strong>
當(dāng)巴航工業(yè)為E2選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，安靜運(yùn)行是關(guān)鍵的選擇標(biāo)準(zhǔn)之一。但與此同時(shí)，安靜也提高了效率，PW1900G在各方面都有出色表現(xiàn)。
選擇這種大型發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)“缺點(diǎn)”是，與第一代E-系列噴氣飛機(jī)采用的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，它需要更大的離地間隙。也就是說，需要重新設(shè)計(jì)起落架，這就有機(jī)會(huì)進(jìn)一步降低噪音和阻力。
起落架收起后，上一代機(jī)型機(jī)輪暴露于輪艙外部，但是E2起落架是完全被輪艙蓋覆蓋的，從而在減少機(jī)腹阻力的同時(shí)，降低了噪音。雖然這會(huì)增加飛機(jī)的開發(fā)成本，但是路易斯·卡洛斯認(rèn)為這項(xiàng)投資非常有價(jià)值。
?“增加起落架艙門可以降低飛機(jī)外部噪音和油耗。同時(shí)，還能夠減少機(jī)艙內(nèi)部噪音。起落架輪艙就位于客艙地板下方，因此一些乘客會(huì)聽到從那里傳出的噪音。但是在E2上，就不存在這些噪音。這對(duì)降低飛機(jī)內(nèi)部噪音也十分有效?！?/strong>
從機(jī)頭到機(jī)尾
降低噪音和相關(guān)阻力的最后一個(gè)因素是機(jī)尾。相比第一代E-系列噴氣飛機(jī)，E2的水平尾翼面積減小了26%，因此，尾翼重量更輕，阻力也更小。
那么，這是如何做到的呢？簡而言之，E2采用了全新的閉環(huán)電傳操縱系統(tǒng)，可有效增強(qiáng)飛機(jī)穩(wěn)定性，使飛機(jī)能夠以更小的尾翼飛行。這樣一來，阻力和噪音便進(jìn)一步減小。阿方索解釋說：“重量減輕后，機(jī)翼不需要再去承擔(dān)來自尾翼的重量，因此阻力和噪音進(jìn)一步減小。機(jī)翼無需產(chǎn)生那么大的升力，因此它們不必再為此付出產(chǎn)生阻力和噪音的代價(jià)。”
經(jīng)過這一系列改進(jìn)，E2最終成為了當(dāng)今全球最安靜的窄體噴氣飛機(jī)。與此同時(shí)，減少噪音的舉措也進(jìn)一步提高了燃油效率。這對(duì)航空公司、乘客乃至環(huán)境而言，均大有裨益。
本文譯自：Inside Embraer – How The E2 Became The Quietest Jet
作者：Joanna Bailey（Simple Flying主編）
