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2050年飞机创新纳米技术将改变材料科学
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现在是全球化的时代,扁平的世界则要求全球化的航空业。我们可以设想一下2050年飞机还会是现在这个样子吗?

  可以预见,未来的技术创新将帮助航空公司降低成本,加快速度,减少对环境的负面影响,扩大容量,以及为他们的产品带来更大的灵活性。虽然更快、更好的飞机可能看起来有吸引力,但是速度加快总是会带来更多的燃油消耗,因此形成了航空公司需要想方设法努力降低成本和碳排放量的负面影响。今后航空公司将需要灵活地满足广泛的客户需求,而不仅仅是承运更多的乘客,因此未来的科技发展应侧重飞机座位配置方式发生的根本性变化。

  唯一不变的就是变

  过去40年,世界人口从69亿增加至89亿,航空公司在2050年客运量预计将达到160亿人次。全球机队将达到10万架,有8个主要飞机制造商。现在,主要机身和发动机制造厂家之间的竞争已加快了新技术发展的步伐,这也会缩短每个新机型的生命周期和生产运行周期。

  这种变化将促使主要飞机制造商在生产过程中提高效率,引入更高级别的自动化以保持竞争力。电信技术改善可以取代一些与空中旅行相关的工作,不过电信不能完全替代面对面的会议,也不能替代直接与朋友和家人见面或访问没有去过的国家的愿望。虽然我们通过社交媒体可以轻松地同更多的人联系,但我们还希望更多地去面对面同对方见面。

  灵活性是2050年航空旅行的主题。届时消费者能够选择快速(超音速)旅行,豪华旅行或大飞机上的廉价休闲旅游,甚至能够选择更加普遍的太空旅行。市场服务多样性和交通需求的动态性已为商业模式增加了复杂性。但唯一不变的就是变!

  飞机设计的变革

  和2010年相比,2050年的飞机最明显的区别是飞机配置与布局方式的变化。虽然从喷气式飞机时代开始,类似“管”和“翼”配置已经成为主流布局。第一种采用了“双重泡” ,机身基本上是由两个管状机身并排而得名的。第二个是“机身和机翼融合”,飞机是一个三角形的混合翼结构。

  “双重泡”最初针对的是波音737飞机或空客A320飞机。它燃油效率比较高,并且可以缩短跑道的长度和提高使用较小机场的能力。这种飞机机身比波音737的机身更短更宽,两个平行机身具有两个通道,节省了旅客上下机时间,而且飞行速度大约比波音737慢10%,所以机翼需要较少的后掠角。较低的速度促使飞机更轻、更高效。

  “机身和机翼融合”最初是为货物运输而推出的新机型。此布局的性能适合更大型的飞机,也可作为大容量、远距离客机,容纳400名乘客以上,航程至少7000海里。

  自2010年以来,发动机燃油消耗提升了30%。高性能陶瓷和改进的工艺流程设计都在得以广泛使用,包括高效率、小核心组件提升风扇涵道比,并降低阻力。发动机翼上使用时间可和飞机使用寿命媲美。模块化设计改进了维修能力和减少了升级费用。

  到2050年,纳米技术将彻底改变材料科学,新优化的飞机结构重量是2010年以前的1/2。按需透明结构不再需要窗户,减轻了重量和成本;同时,可向旅客提供360度的视角。飞机还可以实现“自我支持”,取消大部分的地面支持设备,大大减少机坪的操作流程。使用基于植物纤维产品减轻重量并增加回收利用的机会。几乎所有飞机内饰材料现在都由再生组件制成,客舱内饰重量很轻,能够“自我保鲜”。

  届时,飞机将很少配备空中娱乐系统;乘客可以携带自己的个人娱乐设备与飞机数据系统进行无缝对接,进入“数据云”。驾驶舱自动化和自我优化的“智能系统”也使飞行员成为飞行经理。

  未来的绿色消费

  自2010年以来,氧化氮(NOx)已被减少了75%。随着燃油效率的改善,飞机也正在减少二氧化碳(CO2)的排放。噪声控制技术现在集成在设计阶段,飞机比汽车、火车交通更安静。不过,让人日益担忧的是一种新型的污染——飞机数量增加造成的“视觉污染”。

  地球的原油储备变得更加昂贵和更难提取,幸运的是,合成燃油将广泛应用于所有模式的运输业务中。从现在起到2050年,生物燃油的使用会越来越普遍。目前,占所有商业航空燃油使用量80%的传统煤油会被慢慢淘汰。再加上飞机和发动机的技术改进,这意味着二氧化碳排放量会有效减少,大大少于2005年之前的水平。但尽管空中交通运输量大大增加了,航空业会继续侧重于“绿色消费”,进一步减少航空业的总碳排放量。一些飞机系统现在部分通过太阳能供电,且大多数电池和发电机由燃料电池取代,并使用氢气和大气中的氧气进行反应发电。目前,还正在测试研究如何使用纳米技术设计和制造下一代太阳能电池及电池组。

  通过切换传统基于地面系统到基于卫星的网络信息共享和导航,向飞行员及空管提供了完整的情景状态,让双方更精确地控制。这也减轻了空中交通管制员的工作负荷,通过缩小飞机最小间隔并允许更多直飞航线扩大空域使用范围,而自动化控制飞机则进一步提高效率。信息共享使得飞机缩小了间隔;此外,跑道容量得到了扩大,同时创新技术减少了对飞机的尾流影响。