空客大佬告訴你：創新與未來的飛機是怎樣的
2017年01月16日
圖：作為空客技術部門的執行副總裁，向賓負責研究和技術、所有的產品結構和概念開發、設計辦公室、飛機試飛和認證等一系列事務。（空客）
現如今航空企業都不斷提升創新的速度以應對未來的挑戰。Aerospace對英國皇家航空學會高級會員、空客工程執行部副總裁向賓(Charles Champion)進行了專訪，探討對於設計明日飛機的飛行工程師而言，為什麼現在是夢寐以求的好時候。
Aerospace：您在參加2016年英國皇家航空學會會議上以創新為主題做了重要演講。可以請您大致再談談那次演講的大概內容嗎？
CC：幾年前，我們在設計飛機時主要關注新飛機的外形、氣動力學等方面。現在創新涉及面更廣。我們可以清楚看到研發中創新的作用，相較於幾年前，我們工作的方式有了明顯改變。
我們仍然沿用已有的技術成果，但是我們鼓勵將創新融入進去，從而研發出新的工藝。這很有趣！我們也發現，很多趨勢不僅與飛機制造相關，還涉及空中交通管制。現有的市場環境對於可持續的發展模式有越來越強烈的要求，驅動因素也越來越多。所以，現在創新的速度遠遠超過過去。
圖：2016年11月24日空客A350-1000客機首飛。（空客）
Aerospace：現階段航空公司主要關注改良機型和客艙微調。就您而言，您認為民用航空領域的下一步大飛躍是什麼時候？您認為會是什麼樣的大事件？
CC：空客一直都在做准備，所以我們幾年前開始交付A350客機。近期，A350-1000客機首飛。我們已經研發出A320系列所有機型的升級機型，2016年我們獲得了A321neo的認證。A330neo的認證也已經獲得。但是我們還會繼續為新一代的客機做准備。民用航空領域的下一步大飛躍，將發生在2025年，屆時將有一款新機型投入服務，這個時間也有可能推遲到2030年。根據時間，我們必須研發不同的技術解決方案並使之成熟。
我們必須同時在不同方面發力。一方面我們必須改善現有的產品，另一方面我們還必須為即將到來的2025年做准備，甚至是2030年。所以我認為這很有趣。這並不是你已經確定你要研發哪一款機型，什麼時候研發。我們並不清楚，但是我們必須做好准備。因此，我們必須對未來飛機和其他首創技術投入重金進行研發。
超音速飛機回歸？
圖：2014年，空客與Aerion合作研發AS2超音速公務機。（Aerion）
Aerospace：目前市場似乎有要重新生產超音速飛機的需求。航空業注意到了。受到空客支持的Aerion也注意到了。您認為，目前有關噪音等方面的限制要求越來越嚴格，超音速飛機是否可靠？
CC：現在看來，超音速飛機確實是要回歸了，但是我們認為僅限公務機領域。很多人願意付出更高價格以獲得更快的飛行體驗，但是坦白來說，空中交通量每15年翻一番，超音速飛機回歸並不能解決航路的問題。很現實的一點是，超音速飛機必須具備對環境更友好、油耗更低、排放更少、噪音更小的特性。從工程學的角度看這是很有趣的，但是我必須說我們的活動將圍繞亞音速飛機展開。
未來屬於電動飛機
圖：從小開始，空客E-Fan電動飛機將為更大型、運力更大的電動飛機掃清路障。（空客）
Aerospace：您認為未來飛機驅動力將來自哪裏？開式轉子發動機應用可能還需要20年。我們是否可以以直接跳到混合電力驅動？
CC：在電動飛機的道路上，我們已經有了路標。我認為，這就是為什麼創新的步伐不斷加快的原因。過去5-10年汽車制造業的成就是驚人的。現在汽車制造商又將電動汽車引入汽車制造業。當然這也促進了技術向前發生，尤其是電池技術。隨著電池技術的變革，全電動飛機的研發，尤其是大型飛機，已經初露端倪。
電動飛機的研發旅程從空客研發的E-Fan電動飛機開始，未來將發展為教練機。當然，兩座教練機與未來可以載客的客機還是有差距的。在這中間，我們需要研發出更精細的混合驅動系統。我們與發動機制造商羅羅公司以及西門子公司合作以找到可以用於飛機制造的電力技術。何時實現呢？大約在2030年，我們將研發出與空客A320一般大小的電動飛機。
在合作方面，我們現在仍然在與不同的發動機制造商合作。我們仍然在研發反向旋轉開放轉子。要想使其應用，目前的挑戰不僅在於燃油效率方面，還在噪音以及飛機飛行涉及的所有其他方面。
我們目前還在研發一款超高涵道比的發動機。未來的趨勢顯然就是，發動機扇越來越大。最核心的部分是如何讓發動機與飛機形成有機整體。我們仍然必須將發動機安裝在機翼下面或者在靠近機翼的地方。或者你考慮像60年代那樣將發動機掛在機尾。這些問題我們都在研究。我們必須跟發動機制造商緊密合作，因為大型發動機安裝在飛機上，必須讓發動機、發動機艙和機翼成為一個比現在更緊密的一個整體。
圖：空客E-Thrust混合電力飛機。（空客）
Aerospace：推測一下，發動機的極端可靠性，是否意味著內置發動機的維護問題已經不再是問題了？
CC：可以說是的。這取決於發動機的大小和飛機的尺寸。這也是為什麼在空客提出的2050年概念機中，我們主要關注噪音和燃油效率，我們將發動機嵌入飛機後部水平安定面下面，所以我們可以減少外部噪音。
坦白來說，2030年對於工程師而言是夢寐以求的，因為你可以探索很多的可能性，研究很多的新配置。
圖：空客A32O飛機3D打印擾流板原型
Aerospace：提到3D打印或積層制造技術，人們總是興奮異常。這樣的宣傳是否合理？您認為應用這項技術主要的障礙是什麼？
CC：我認為，這只是飛機制造。雖然未來有人會將這一技術應用到飛機庫，但是不會所有的飛機都采用3D打印技術。至少對我們而言，這項技術還需要考慮使用的飛機數量。使用3D打印技術，的確有利於節約成本。相較於傳統的鑄造和打磨技術，3D打印技術可以最大限量利用材料。我們已經在A350的零部件中應用到3D打印技術，我們還計劃將該技術應用到首個A350鈦合金部件上。鈦合金部件不僅要認證其本身，還要認證整個工藝和制造流程。我們也將以此作為動力更快發展，並且研發出比傳統生產技術更接近最佳形狀的複雜零部件！
鼓舞下一代
圖：來自89個國家的將近5500名學生參加了2016年空客"讓你的創意飛起來"全球學生大賽（FYI）。50支隊伍進入了獲勝候選名單，獲勝者將於2017年5月宣布。（空客）
AEROSPACE:空客在A350飛機內部進行了許多創新，但在公眾或媒體看來，A350看起來非常像是一架傳統飛機。如果空客沒有像阿波羅或協和類型飛機這樣看起來與眾不同，或帶有突破性的工程項目，空客是如何吸引和鼓舞年青人進入航空領域的呢？
CC:這是個有趣的問題，因為我們也替年青一代向我們自己問了同樣的問題。我想，幾年前的問題應該是這樣的："你認為到2050年時候，你還會乘坐飛機嗎？或者，臉書、社交媒體或者任何其它新東西是否意味著乘坐飛機旅行、與別人實際見面的重要性到那時候將會低於現在？"絕大多數人的回答是："並非如此，我們仍然想要乘坐飛機旅行。我們仍然認為，我們乘坐飛機旅行，去認識全球各地的人們的次數甚至會更多，無論是為了出差、探親，還是任何其它目的。"
在這個基礎上，我們認為："那好，年青一代也必須參與其中，共同來尋找一個解決辦法。"我們推出了"讓你的創意展翅高飛"（FlyYourIdeas(FYI)）大學生航空競賽，首要目的就是將人才吸引到工程與航空航天工程領域裏來，同時也是為了收集他們對於未來飛行的想法。我們通過這個大賽，來幫助我們更好地了解2050年時候航空業將會是怎樣的。我認為這很重要，因為如果你看看如今的媒體報道，看看我們，還有年青一代的工作方式，這些必定會對旅客乘坐飛機時需要獲得的體驗產生影響。
圖：Multifun隊伍是空客FYI2015大賽的獲勝者，他們的創意是利用複合材料外殼彎曲采集能量（空客）
AEROSPACE:"讓你的創意展翅高飛"（FlyYourIdeas(FYI)）大學生航空競賽今年是第五屆了。參賽學生們提出了哪些非常棒的創意？
雖然我們還沒有選出今年比賽的獲勝者，但有趣的是，在上屆大賽中，學生們提出的創意既涉及"更加智能的材料"，也涉及如何管理機場內的飛機以及如何找到新的辦法，讓飛機能夠在不幹擾機場飛機起降的情況下停放。這些創意覆蓋的範圍非常之廣，這才是大賽真正激動人心的地方。
有趣的是，上屆大賽獲勝隊伍的成員來自不同的大學，他們是在"讓你的創意展翅高飛"（FlyYourIdeas(FYI)）大學生航空競賽現場才真正第一次見面，這意味著他們能夠利用我們如今擁有的所有工具，在分散在全球各個地方，而不用實際見面的情況下，作為一支團隊共同合作。
從中能夠看出，與幾年前相比，如今航空業內的分工合作形成了怎樣的新的方式。
回到帶有工程判斷的基礎知識
圖：曾經，個人工程天賦帶來了Junkers F13——世界上第一架全金屬運輸機（Junkers.de）的誕生，如今，是否仍然存在這種個人工程天賦發揮的餘地？
AEROSPACE:講到一個相關話題，如今的飛機制造，涉及到大量的國際設計與工程隊伍，有許多的焦點小組，廣泛的市場營銷研究，還有計算機模擬。但如今的我們是否缺少了某種東西？或許，我們缺少了過去工程師所擁有的個人"直覺"？Marcel Dassault、R. J. Mitchell、Joe Sutter等，這些著名的航空工程師看到一個創意，會說："我知道焦點小組不同意我的看法，但這個創意能行。"
CC:我不會將焦點小組混到這裏面，不過，我要說的是，焦點小組更重要的是吸引更多的人參與進來。我們越來越采用一種合作的方式，我們與我們的客戶、航空公司共同進行創新，讓他們參與進來，了解他們的想法，讓他們提出他們的解決方案。我們建立了"試樣空間"，你可以實際驗證你的一些想法創意，而不是等上九個月時間才能獲得答案，漫長等待可不是人們真正想要的。
你可以設計出原型產品，進行概念驗證。所有這些都屬於新的工作方式，也是一種設計思維，這種方式是我們過去所不曾采取的，但它能夠真正帶來價值。在此之後，需要進行的是工程判斷。如果你現在在設計飛機時，只依賴計算機模擬等工具，你會失敗。目的是什麼，我們必須學習哪些基礎的，有什麼數量級，有什麼重要參數，有哪些驅動因素？一個優秀的首席工程師會明白，它基本上就是對重量、性能、燃油消耗、航程的權衡。憑借這些要素，他們可以快速地判定一個想法是否值得深入探索。
在這方面我們需要拓展，當然，我們優先關注的事項之一，特別是在空客，就是員工不僅僅要接受一個學科方面的培訓，我們還要打造一條路徑，為他們成長為明日的首席工程師作准備。實際上，如今工程判斷甚至比以前要更加重要。因為，如果不這樣，你就會被工具壓倒，並實際喪失對於飛機本質的理解。說到飛機，它其實還是要回到基本知識上。
圖：在提升工作場所的多元化與包容性上的，空客不遺餘力。（空客）
AEROSPACE:在吸引新人進入工程領域工作方面，你曾是範堡羅RAeS Amy Johnson講座的一名小組專家，在那裏曾經就多元化問題進行過辯論。在鼓勵女性進入工程和航空領域工作上，還需要做哪些事情？
CC:我告訴你，在這方面，有許多事情需要做。我們與全球工程學院院長理事會（GEDC）一起設立了一個多元化獎項，目的是發出一個信號，表明在大學和工程學院層面上存在良好的倡議。但要想吸引多元化和包容性，他們還需要做得更多。不僅僅是性別多元化，還有更寬泛意義上的多元化。如果你看下我們在工程崗位方面的招聘政策，我們的目標是讓女性工程師占比至少達到20%。實際上，我們的女性工程師占比達到了25%，但我們並沒有特定的額度限制，這個更多算是一個目標問題，在所有方面都同等的情況下，我們實際提倡和鼓勵經理們選擇女性工程師。
當然，挑戰在於從事工程與航空工程領域工作的女性人數。英國在這方面還有許多工作要做，因為如果你看下相關數據，工程與航空工程領域的女性人數占比大概在10%左右，如果不是更低的話。其它國家這個比例接近15%或20%。隨著一些大學或學院采取積極舉措，航空工程領域女性人數要遠高於平均值。當然，這是個漫長的通道，它始於STEM，始於吸引8-12歲之間的年青女孩到工程領域來。
有趣的是，多元化獎項之一，在澳大利亞，他們圍繞樂高機器人技術為學校、為女孩子開發了相關課程，年
輕女孩可以學得很開心，並且能夠參加考試，將一些想法進行實驗，組裝機器人以達成一定目標。這些課程的結果令人相當振奮，即女孩們意識到工程是很好玩、很有趣的。
通過這些課程，她們得以入門，並逐步向科學，然後是工程，再然後是航空工程進行深入學習。這條路很漫長，需要不斷推動向前。我們也在竭盡所能貢獻我們的一份力量，鼓勵大學培養工程師，同時在我們的招聘政策中，鼓勵工程師的培養。
機翼研發
圖：一架A340驗證機將於今年試飛，以驗證自然層流技術。（清潔天空2）
AEROSPACE:在退出歐盟之後，英國仍然想要保持其作為機翼研發中心的地位。未來的機翼將含有哪些技術和創新？
CC:我認為有幾個方面。在性能方面，我們正在考慮采用一種更加自然的層流。關於這個，我們已經談論了幾十年了，但現在我們將實際在歐洲清潔天空項目（EuropeanCleanSkyProgram）框架下，使用一架帶有兩個外部翼尖的A340進行飛行，這兩個翼尖是為自然層流而設計的。這架A340驗證機將於今年初試飛，它將讓我們能夠在高達0.8或0.85馬赫的真實條件下，驗證飛行中的自然層流，並觀察我們的層流狀況，同時也測試將設計付諸實際運行的可行度。之後，這可能會將我們引向下一代飛機的自然層流機翼。
圖：一個新的空客工程測試中心今年將在菲爾頓成立，英國將在"未來機翼"項目中扮演重要角色。（空客）
AEROSPACE:自然層流的秘密究竟是在於形狀，還是塗料？
CC:並非如此，秘密在於形狀，也在於機翼表面的性質。它不包含外部塗料。現在，以塗料為例，它是我們在考慮的別的一些東西。例如，鯊魚和海豚皮膚上的"凸肋"減少了水中的阻力。
在飛機上，這些大約50微米高、100微米寬的凸肋，在我們一開始測試應用它們的時候，結果顯示不是很實用。現在，我們正在開發一款機器人，這個機器人將把這種聚合物放在飛機塗料的上面，同時還形成凸肋的形狀。它將是一種更加工業化的安裝凸肋的作業。借助凸肋，A350和A380等寬體飛機的整體飛機阻力可以減少1%。
這是另外一個例子，之後，除了形狀與性能外，還在於制造，在於以比如今更低的成本、更高的效率制造複合材料機翼。我們的任務是，下一代機翼能夠基本達到過去30年一直在制造的現有A320機翼的工業目標。
為工藝裝備研發出簡單的解決方案，為制造本身研發出簡單的解決方案，同時也開發出一個能夠輕松制造並且產能能夠輕松提升到一月60架飛機的機翼，這是一個非常雄心勃勃的項目。與此前我們設計和制造機翼的方式相比，這完全是一個新的維度。這就是我們打算在"先進產品概念分析環境（APROCONE）ATI項目"框架下，在菲爾頓和布勞頓開發的東西。
AEROSPACE:你認為未來的機翼最終會完全由3D打印嗎？
CC:關於這點，我會持更謹慎的態度，因為基本上，如果數量很多的話，3D打印很可能並非合適的解決方案。如果有些形狀或部分零件需要通過3D打印才能發揮出設計的效果，這時你可能真的需要它，否則，我認為未來的機翼不會完全是3D打印的。
加速創新
圖：空客的A3實驗室正在研發垂直起降無人起降飛行汽車。（空客）
AEROSPACE:一般來說，我們討論創新和數字化項目。看起來現在很多航空工業的公司都在努力成為矽穀初創公司那樣，比如創新實驗室、大數據等。同時，Facebook、穀歌、優步等也開始涉足航空工業，比如研發無人機、飛行出租車、太空項目等。對此你怎麼看，你會擔心有一天穀歌會去建造一架客機嗎？
CC：我想是的，但是我們必須知道，在空客這實際上在驅使我們更快的發展。空客在矽穀成立了A3實驗室，以緊跟時代並理解新的工作方式。在那樣的框架下，我們發展創新的想法，完全和我們的業務相獨立。例如，可以與優步進行直升機相關的業務概念，因為你有直升機。如果你可以使用這些資產，你也許可以為那些想要飛行但又不會駕駛的人帶來一些福祉。
此外，我們也在研究可以載人的無人駕駛飛行器。這是去測試優步的方式能夠很快的進行概念驗證。你能迅速的重做，進入項目下一個階段，並推出原型機，對原型機進行測試等等。推出競爭機型並不容易，這非常的複雜，有太多的冗餘。認證過程也非常艱難。
不過，通過這種方式你可以快速的推進，甚至是在研發新的客艙或是新的機上系統。你還是用這種結構方式來改進你的飛機。
談及大數據，坦白說，我們才剛剛開始。比如，我們與一家大型航空公司進行了一個項目，通過分析大數據、相關性統計分析，你可以發現一些運營決策的因素，讓航空公司避免在起步時遭遇失敗。你可以通過分析機隊來改進簽派能力。
作為對機上傳統的維護系統的補充，大數據系統找到了新的方式，以更好的維護飛機。如果你分析所有的機上數據，在很多情況下你能夠預測到可能發生的故障，而不用等到故障發生。
因此，當你在監測作動器時發現其消耗的能量超過平時，你可以推斷出作動器可能出現了問題或故障。如果你能夠及時的進行調整，也許你就能夠提前數周避免一次航班取消的發生。這就是典型的大數據，如果你能獲取數據，就可以很容器的進行存儲和分析。你就可以在飛機質量維護上采取新的方式。
這只是一個例子，其他的例子將會更多。如果你研究這些數據，那麼從飛機的設計到運營都將帶來好處。此外，還有旅客數據以及和旅客相關的所有大數據。大數據的潛力巨大。
X驗證機的回歸
圖：空客3D打印的小尺寸驗證機"THOR"將采用全新的6個螺旋槳結構，計劃2017年首飛。。（空客）
AEROSPACE:我們再回到硬件方面來，您提到了下一代飛機外形可能是各種形狀的。對於2030年之後將會出現的任何新飛機，您覺得我們是否需要小尺寸的驗證機或是X驗證機，以降低風險呢。
CC：我認為在一定的階段我們是需要驗證機的。越來越多的研究測試是圍繞驗證機來進行的。驗證機可以是小尺寸的，擁有類似的功能。空客公司研制了3D打印的小尺寸驗證機"THOR"。它可以飛，也可以通過3D打印其他的尾翼、機鼻、機翼等來改變其外形。這只是用來進行概念驗證，我們目前正在進行升級，安裝6個螺旋槳，驗證其對於飛行控制及可控性的意義
在不同階段，需要不同類型的驗證機。尤其對於空客來說，我們集成了各種技術，因此我們用驗證機來確定技術的相關性以及下一步的方向。是的，我們將會看到，我們會有更多的驗證機，未來還可能有機翼驗證機，驗證未來飛機的機翼將會是什麼樣子。
也許這不會是最後的外形，但至少這能讓我們清楚的了解應該如何才能實現可生產、提產等目標以及技術層面的目標。這是個有意思的問題，驗證機並不能代表一切，但是他們可以加速傳統的研發進程。
無人駕駛客機
圖：2050年的客機還需要有人類飛行員來駕駛嗎？（空客）
AEROSPACE:最後，你提到了自動駕駛。無人駕駛客機從技術研發角度看是可行的，但你覺得旅客會接受嗎？
CC：我認為這是一個趨勢，我們不能忽視。我們所關注的是可能的單飛行員操縱，或是如何為現在的飛行員在工作負荷方面提供支持。我也考慮過您的這個問題，但是我覺得這會比我們想象的來的更早。尤其是在貨機，（我可不認為貨物會擔心飛機有沒有飛行員）。在未來的幾年，我們將會看到無人駕駛的飛機。駕駛飛機，關鍵的問題是要應對航路上的天氣情況以及空中交通管理。這是2個必要因素，因為從純技術角度看，我們明天就可以自動駕駛一架A320飛機。你只需要修改幾個開關，就可以收放起落架，通過一個小盒子來控制而不用手來操作，當然這是很細節的事情了。今天，很多的飛行員都使用CATIIIB降落程序，所以飛行過程實際上就是自動駕駛模式了。
從工程師的角度來說，我們離得並不遠了。問題就在於如何將這些因素融合進去，空中交通管理以及在遠程飛行過程中可能遇到的所有問題。當然，最終無人駕駛客機將會贏得旅客的認可。我覺得，無人駕駛客機之路還需要幾年的時間。
新聞來源：民航資源網
