波音的塑料梦幻机器 - 彭博社

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在波音公司（BA）位于西雅图的宽敞开发中心，商业喷气机业务的未来正在成形。这个未来是塑料——而且是大量的塑料。在这个高度保密的建筑中心，三大巨型机身部分被称为桶，完全由称为碳纤维增强塑料的复合材料制成。工程师们在这些结构上忙碌，寻找可能削弱这种薄如纸却坚如花岗岩材料的缺陷。在一个角落，机械师们正在雕刻世界上最大的复合材料飞机机翼。

在这个规模上，复合材料的应用从未被尝试过，复合材料被用于从高尔夫球杆杆身和网球拍到巨型地下储罐的各种产品。但即便是后者也无法与波音正在创造的相比——即即将推出的787梦想飞机的整个机身。

波音知道这是一个冒险的、关乎公司生死的举动。但在过去四年中，波音在销售上落后于竞争对手空客，管理层感到必须提出改变游戏规则的技术，以吸引财务紧张的航空公司。

到目前为止，这一战略看起来是成功的。波音将在六月份的巴黎航展上带着来自21个客户的266个787梦想飞机的订单和承诺亮相。这使得787成为历史上销售最快的商业喷气机之一。而这架飞机已经在波音与空客之间的命运逆转中发挥了关键作用。

附加价值

787之所以销售如此火爆，原因很简单：客户获得了巨大的价值。以1.2亿美元的价格——大约是他们在1980年代为相应的波音767-300支付的价格——航空公司获得了一架全新的飞机，其飞行速度超过竞争对手，运营成本大幅降低。在燃料价格高企、航空公司刚刚走出有史以来最严重的行业衰退之际，这一点尤为吸引人。华盛顿大学的材料教授詹姆斯·C·塞费里斯表示，复合材料正在“改变以铝为基础的行业范式”，他曾为波音提供咨询。

一个大优点是：由复合材料制成的飞机需要的零件大大减少，因此需要组装的部分更少。而且，由于这些塑料的重量低于铝，飞机应该会消耗更少的燃料。波音表示，梦想飞机还将改善乘客的舒适度。为什么？复合材料机身的优越强度将使客舱能够承受更高的加压——相当于6000英尺高度的气压，而不是通常的8000英尺。因此，更容易控制客舱的温度、湿度和通风。

随着销售的起飞，波音必须兑现其承诺。大问题是，它能否以高速度和目标成本大规模生产复合材料机身和机翼？自试生产开始的六个月以来，出现了一些不顺利的情况，包括第一个桶的加工问题使得该项目落后于计划约一个月。

烘焙层

波音官员表示，他们已经弥补了失去的时间，并坚称一切都在控制之中。“我们能以生产量生产787吗？”787项目副总裁迈克尔·B·贝尔说。“这一直是个挑战，但我们有信心。”

传统上，制造大型复合材料结构是一个缓慢的手工过程，成品的质量依赖于经验丰富工匠的工艺。787的许多部分必须实现自动化。这最初让波音的一些全球制造合作伙伴和供应商担心如何保持质量、满足重量目标，并在60亿到80亿美元的原始预算估算内。波音的复合材料专家和787首席工程师大卫·波兰承认，设计仍然超重，但他说这在新飞机的开发阶段是典型的。同时，他补充说，787团队在开发高效制造方法方面取得了稳固的进展。

制造碳纤维部件可以被描述为一个巨大的壁纸操作——纸实际上是宽带，松散编织的超强碳纤维，然后浸泡在浓稠的聚合物混合物中。这些粘稠的带子被涂抹在模具的内部或包裹在称为芯模的外壳上，然后进行烘烤。热量触发化学反应，将聚合物转变为坚硬、极其坚固的结构。

塑料桶的第一次烘烤是在去年的感恩节，当时梦幻客机团队生产了世界上第一段一体式机身部分。它长22英尺，直径19英尺，可以几乎不使用铆钉地连接到其他部分。现在，梦幻客机的工程师们发现他们的复合材料比他们最初想象的还要坚韧。因此，波音能够向客户保证，维护成本将比铝制飞机低30%。

最大的节省将来自于检查。由于复合材料比铝更耐用，政府监管机构可能会要求减少检查。在正常情况下，一架飞机在服役六年后会进行一次细致而昂贵的腐蚀检查。相比之下，复合材料的787可能在首次结构测试之前保持服役12年。通过不进入维修棚，梦幻客机可以多进行113次额外的航班。“腐蚀和疲劳的好处将是惊人的，”贝尔说。“这可能比燃料[节省]更重要，”他补充道，指的是787与其他飞机相比可实现的20%的燃料成本下降。

虽然复合材料在军事和一些小型商务喷气机中被广泛使用，但其在大型商用飞机中的应用进展较慢。波音的777仅有11%的塑料，主要集中在尾部。然而，复合材料将占787机身的100%和飞机所有材料的50%。“我们一直想在设计中使用复合材料，”波音商用飞机首席执行官阿兰·R·穆拉利在5月17日的投资者会议上说，并且他是787的支持者。但他补充说，直到最近，材料成本才与铝竞争。

在穆拉利能够实现他的愿望之前，另一个问题必须解决。高管们担心坡道碰撞——服务车辆撞上停放的飞机。由于基于碳的复合材料通常非常坚硬，因此，例如，食品服务卡车的猛烈撞击可能会裂开飞机的机身，而不仅仅是凹陷。即使是肉眼看不见的裂缝，也可能在高速飞行的压力和飞机爬升到约30,000英尺时外部气压和温度的剧烈变化下扩散。

为了防止这种情况发生，东丽工业株式会社，波音公司的碳纤维胶带的日本供应商，用一种专有混合物浸渍纤维：提供强度和硬度的环氧树脂被一种不同密度的聚合物包围。这种组合使得表面不易受到冲击损伤——如果确实发生损伤，它可以防止裂缝扩散。由于这一突破，“每当我乘坐复合材料飞机起飞时，我都会睡得很安稳，”华盛顿大学教授塞费里斯说。

令人困扰的细节

在制造方面，塑料机身部分的好处是不可否认的。一个金属桶需要大约1500张铝板，通过近50000个铆钉固定在一起。而使用塑料时，紧固件的数量减少了80%。 “成本降低的魔力在于更少和更简单的部件，”贝尔说。

另一方面，主要挑战是19英尺直径机身部分的巨大尺寸。这需要多层碳纤维胶带以确保结构完整性。但每增加一层胶带，就会增加变异或缺陷的可能性，维吉尼亚理工大学的工程教授和复合材料专家迈克尔·W·海尔说。

去年11月，当第一个桶在高压釜中烘烤时，等待的工程师显然很紧张。果然，经过仔细检查，发现了缺陷——表面有气泡。这种所谓的孔隙率可能会削弱材料，并最终导致裂缝，因为它允许水渗入表面，然后在高海拔时冻结并膨胀。但没有人指望第一次尝试就能完美，波音公司的波兰德说。当第3个桶从烤箱中取出时，它的缺陷更少。

那翼呢？贝尔表示该项目正在顺利推进。他预计将在今年晚些时候锁定梦幻客机的完整配置——这是一个关键的里程碑，意味着工程师可以开始进行零部件和生产工具的最终设计。

一旦梦幻客机的机身、机翼和其他部件准备就绪，波音希望将每架787的组装时间缩短至仅三天，而737则需要11天。“在最终组装中编排舞蹈需要时间，”贝尔说。如果三天的目标显得有些雄心勃勃，他补充道，“我们很高兴能达到四天。”欢迎来到商业航空的一个大胆新纪元。

斯坦利·霍尔姆斯