2024 年 2 月 20 日,第九屆新加坡航展開幕。在這次航展之中,最引人矚目的莫過于帶着 5 架飛機參展的商飛了,這也是國産幹線大飛機 C919 首次出海并參加航展,在國外進行飛行表演。C919 的實機參展引發了外媒的高度關注,成爲新加坡航展的明星機型。
而在新加坡航展上,商飛和西藏航空也公布了新的 40 架 C919 訂單——值得關注的是,這一次所簽下的 C919 訂單是高原型 C919。
中國商飛與西藏航空簽約現場
高原機場起降的困難
要說 C919 高原型,那就得先說下高原機場的起降飛行了。
對于高原機場的定義是海拔高度在 1500 米到 2400 米的機場,而高于海拔高度 2400 米的機場則是高高原機場。對民航飛行來說,高高原機場的起降飛行一直是一個巨大的挑戰。雖然飛機飛行高度往往在萬米左右,兩三千米的機場海拔高度與之相比看似不算什麽,但對飛機起降來說,這兩三千米的海拔高度可不是小事。
由于大氣層的厚度和密度随着海拔的升高而減少,空氣變得更爲稀薄。對于飛機而言,空氣密度是決定其升力的關鍵因素之一,稀薄的空氣導緻機翼所能提供的升力變得更小了,這意味着飛機需要以更高的速度才能産生足夠的升力。
西藏航空 C919 示意圖
而對飛機的發動機而言,稀薄的空氣代表着更少的氧氣以及發動機推力的下降,使得飛機動力下降需要更長的跑道來獲得更高的速度。因此,高高原機場往往需要更長的跑道來供飛機在動力下降的情況下獲得更高的速度,也對飛機的性能提出了更高的要求。
起飛困難,降落也不容易。因爲空氣密度低,所以要維持降落時的升力,飛機要用更快的速度降落,這使得飛機需要更長的跑道長度來減速,對飛機的刹車系統和飛行員的操作也是嚴峻的考驗。
就以我國(也是世界)海拔最高的高高原機場稻城亞丁機場爲例,稻城亞丁機場海拔高度爲 4411 米,其跑道長度長達 4200 米。而位于西藏的昌都邦達機場,海拔高度爲 4334 米,雖然略低于稻城亞丁,但其跑道長度爲 5500 米,爲世界最長的機場跑道。作爲對比,上海浦東機場最長的一條跑道長度爲 4000 米,足夠供空客 A380 起降用。
海拔世界第二高的昌都邦達機場位于山谷之中,地形及氣候條件非常複雜,起降難度很大
高海拔帶來的起降性能影響并不是高高原機場唯一的問題,由于高高原機場多處于人口稀少的地區,相應地對導航系統和通訊系統提出了更高的要求。因此在執行高高原航班飛行的飛機上,往往是把導航系統和通訊系統的配置給拉到頂,RNP-AR 導航系統和衛星通訊系統往往成爲了标配。
而且,高高原機場往往地形複雜、氣象條件多變,對于飛機的航電系統有着極高的要求,每次起降對飛行員都是挑戰,因此高原航班往往機組都是三人機組高配。也因此,執行高高原機場航班的飛機往往需要具備以下幾個特征:強大的動力、優秀的飛行性能、最先進的航電設備以及經驗豐富的機組,而其中強大的動力是最爲關鍵的。
高原型 C919
對于執行高原飛行的飛機來說,強大的動力是必不可少的,而其中分成兩個方向:一個是飛機本來就有着較爲充沛的動力,哪怕在高原上也有着足夠的推力;而另一個就是在飛機發動機推力不變的情況下,将飛機進行縮短來減重,以獲得更高的推重比。
前者的典型是波音 757,其使用的 RB211 發動機推力高達四萬磅,使得 757 獲得了同級飛機中最強的動力,非常适合進行高原飛行。
而後者的典型就是空客 A319 了,作爲空客 A320 家族的縮短型,A319 在發動機不變的情況下縮短機身長度降低重量來獲得更好的動力表現,屬于 " 大馬拉小車 ",而且可以沿用原有設計不用進行修改。以執行高原飛行爲主的西藏航空爲例,其 42 架飛機的機隊中 A319 的數量高達 31 架,占比達到 75%,是絕對主力。
除了西藏航空之外,目前我國其他航空公司的高原幹線航線飛行也是以空客 A319 爲主,因爲用其執行高原航班飛行有着更高的經濟性與更好的飛行性能。早在 C919 立項之時就采用了和波音空客類似的家族化設計,在标準型的 C919 之外還有加長型與縮短型。而 C919 的高原型所采取的路徑也是類似 A319,在發動機不變的情況下通過縮短 C919 的機身長度來獲得縮短型 C919 以執行高原航線的飛行,這是最爲經濟、最爲成熟的方法,也最爲高效。
C919 的标準型、加長型與縮短型(高原型)想象圖(圖作者:Astrosiren 深空海妖)
C919 原本就具備着不俗的飛行性能,在測試飛行中 C919 标準型就飛過高原機場進行測試。但能飛高原和執行高原商業航線是兩碼事。标準型 C919(168 座)在飛高原航線時必然需要犧牲載量無法滿客飛行,客座率較低經濟效益較差,還得付出不少的結構死重代價。而縮短後的 C919 由于座位更少(140 座)且飛機重量更輕,相對來說反而能有着更高的客座率以及更高的經濟效益;而且縮短後的高原型 C919 還能獲得更好的動力與飛行性能,能更好地執行高原起降與飛行。
高原型 C919 不僅僅是縮短機身,相較于基本型,還得進行進一步的針對高原飛行的改裝。
就比如,執行非高原航線的飛機,其緊急氧氣系統隻需要給旅客提供 15 分鍾的氧氣就能滿足要求,這是因爲在平原地帶 15 分鍾足夠讓飛機降低到 10000 英尺(約 3000 米)以下的安全高度,不至于因爲失壓之類的事件讓旅客發生缺氧的情況。但對高原飛行來說,其飛行的區域往往在高原之上,别說下降到 10000 英尺高度了,下面地面的海拔可能都不止 3000 米了。
以 2018 年的 " 川航奇迹 "3U8633 事故爲例,其執行的重慶 - 拉薩航班就是典型的高原航線。在 " 川航奇迹 " 事件中,飛機由于高空飛行中駕駛艙風擋脫落導緻飛機駕駛艙與客艙失壓,但其正下方是海拔三千多米的高山地形無法下降到安全高度,一直到飛出西藏高原後才得以下降到安全高度并降落。
因此,對高原型飛機來說,15 分鍾的旅客緊急供氧是不足以滿足緊急狀況時的安全要求的,高原型飛機的氧氣系統需要提供至少 60 分鍾的緊急供氧,而且其客艙加壓系統也有相應的特别要求。
得益于 C919 标準型就配備着最先進的航電系統,前文所提到的在高原飛行中所需要的先進導航系統(如 RNP-AR)、衛星通訊系統以及 ADS-B 設備等,或是 C919 的标配設備,或是可以選配的設備。C919 高起點所帶來的高性能航電系統,使其可以輕松應對高原飛行所需要的事項。将選配設備都裝上之後的 " 頂配 "C919 高原型,哪怕面對最惡劣的高原機場環境也足夠遊刃有餘地應對。
換而言之,C919 标準型的先進性能确保其飛行性能下限足夠高,而針對高原型特有的優化以及先進的航電設備又使其高原飛行時的上限可以和 A319NEO 來掰掰手腕。
高原型 C919 的前景
我國有着廣袤的國土,也有着最爲複雜的地理環境,我國西部地區普遍海拔較高,而其中西藏、新疆以及雲貴川地區高海拔地帶尤其多。目前我國共有 20 個高原機場和 23 個高高原機場,數量爲全球最多,其中還不乏昆明長水機場(海拔 2100 米)這種區域型樞紐機場。
而其中,西藏地區由于地形原因地面交通不發達,非常依賴于飛機這一交通工具,因此我國對于高原型飛機的需求并不小。早在上世紀八十年代,我國首個大飛機 " 運 -10" 在試飛階段就執行了往拉薩運輸物資的任務,可見我國航空運輸對能執行高原任務的飛機有着較大的需求。
執行高原飛行任務,飛往拉薩運輸物資的 " 運 -10"
而 C919 的家族化發展與随之衍生而來縮短長度的高原型是一個最佳選擇,因爲有 C919 的基礎在前面,縮短機身長度并進行一定改裝的高原型開發速度會非常快,而且由于可以和标準型共用大量部件與系統,可以進一步攤平成本。
除了國内市場所需之外,海外市場也有着對高原型飛機的需求,其中以南美國家居多。對南美國家來說,如果在空客 A319 之外還能有另一個選擇的話,無疑是一件有利無害的事——哪怕最終沒有選購 C919 高原型,但因爲 C919 高原型這一競品的存在,使得他們在與空客談判時也能獲得更多的優勢。
作爲目前世界範圍内使用範圍最廣也最有潛力的單通道幹線飛機,C919 無疑具備着極大的家族化潛力與各種改型的發展空間。除了高原型之外,我們未來還能看到加長型與長程型,各種衍生型号的誕生将會極大地豐富 C919 的産品線,并給國内外航空公司以更多的選擇。
相信未來我們會看到越來越多的 C919 活躍在祖國以及世界各地,中國的大飛機将每時每刻都翺翔在天空之上。