涡轮发动机每分钟的旋转速度高达数千转,尤其是在金属冶炼技术不像当今这么发达的早期,那些发动机叶片常常平白无故地失效并发生断裂故障,产生的高能金属碎片还可能将发动机附近的飞机结构部件射穿,飞机油箱和其他发动机也难逃此劫。
即使这些自产的“高射炮”没有导致飞机损毁,其他发动机继续高速旋转也将使飞机失去平衡,随之引发的振动也足以使整架飞机发生灾难性的故障。
发动机失火则是另一个备受关注的问题,在喷气时代的早期,这还是一个未知的谜。所有这些可能性使得将喷气式发动机埋在机翼中成为一个非常失败的设计,然而航空工业也在实践的基础上开启了新的旅程。
我不得不说,即使如此,这些早期的喷气式发动机与那些活塞式发动机相比,可靠性至少提高了10倍,并很快取代了活塞式发动机,成为航空动力的主流。从以下两个方面可以看出涡轮发动机的可靠性相对更高:其一,涡轮发动机相比活塞式发动机结构更简单;其二,与那些各个汽缸分别产生爆炸、活塞往复运动的活塞式发动机不同的是,涡轮发动机以平稳、连续燃烧和旋转而著称。
波音公司是第一家正确评估喷气式发动机安全性并提出了理想解决方案的公司,那就是采用翼下吊挂的布局。通过吊挂,将发动机装在机翼下方,使飞机远离各种与动力系统相关的安全隐患。更聪明的是,波音的设计师使用“保险销”对涡轮发动机和吊挂部件进行固定。如果发动机故障导致飞机失衡,那些起连接作用的保险销断裂后故障发动机将脱离飞机。
1947年12月,波音B-47飞机首飞,而直到1949年中期,德·哈维兰的“彗星”飞机才实现首飞。所以说,英国人有足够的时间对波音已经过时间考验的方案加以利用。但他们为什么没有这么做呢?这个问题的答案直到我遇见“彗星”飞机项目研制负责人罗纳德·毕晓普的那一天才得以揭晓,原来毕晓普本人极力反对采用被他称为“丑陋的吊舱发动机”的翼下吊挂设计。
关于波音367-80飞机,还有一点必须告诉大家,那就是1954年该机下线时,真正意义上的喷气式客机终于出现了。从这个角度来说,波音367-80飞机才是当今我们所惯见的商用喷气式运输机的鼻祖,而不是波音707或波音后来开发的其他喷气式飞机。Dash80飞机称得上是包括空中客车公司最新机型以及如今的波音787“梦想飞机”在内的这些喷气式飞机的“祖爷爷”。
当时我还只是波音工程师队伍中的一名新手,因此并没有真正参与Dash80飞机布局和性能的定义工作。这项任务落在了包括乔治·谢勒、艾德·维尔斯、比尔·汉密尔顿、杰克·斯泰纳和鲍伯·威辛顿等在内的波音资深工程师们身上,他们都为这个项目注入了各自在军用喷气式飞机项目中积累起来的经验。
我则带领着一支由9名空气动力学专家组成的队伍,全面负责Dash80项目的气动试验工作,并在此基础上确定飞机机翼的性能。毫无疑问,由于Dash80飞机采用了太多不同于以往的设计,因此我们手中的工作多得吓人。
我们这个小组重点关注的是波音367-80飞机起降性能。我们不仅要考虑飞机起飞和降落时的速度,同时要研究飞机在起降期间慢速飞行时的操作性能和可控性。
我们担心一架机身圆滑、高性能的喷气式飞机进入高速巡航状态后,它下降时即使跑道建得很长还是停不下来。B-47轰炸机在降落时使用减速伞降低滑行速度,但对于商用飞行活动来说,这个方案并不可行。在美国国内一些繁忙的跑道上,飞机降落过于频繁,即使航空公司付得起薪水,让他们的员工去收拾那些打开的减速伞也并不现实。
因此,我们不得不下大力气研究Dash80飞机的低速性能,在襟翼的设计上尤其如此。襟翼是一些能从机翼后缘向后下方延伸的活动面。通过增加机翼的面积和弯度,襟翼能使一个高速翼型适用于低速飞行。如果在机翼的前缘也装上能起同样作用但效果相对要弱一些的襟翼,飞机起飞和降落时的速度将大大降低,其起降所需的跑道长度也将得到缩短。
1954年5月14日,首架波音367-80飞机下线。它看起来是那样漂亮,那样恰到好处。年届72岁高龄,退休将近20年的比尔·波音也参加了这个下线仪式,他的夫人贝莎用香槟拉开了庆祝仪式的序幕。我们所有的希望都寄托在了这架新的喷气式飞机身上,当然,我们心中也清楚这将是一场豪赌。
1954年7月15日,这架原型机首飞时我就在现场。波音367-80飞机就在紧邻华盛顿湖南端波音B-29飞机工厂的伦顿机场——它的组装地——开始了首飞之旅。大雾导致原定于早上7时起飞的计划一直推迟到下午2时14分才开始,在那漫长的等待中,我们也愈发紧张。
泰克斯·约翰斯顿和迪克斯·雷希驾驶着轻载的Dash80飞机在跑道上滑行2100英尺后腾空而起,爬升过程显得十分轻松。当然,由于使用涡喷发动机而不是现在的涡扇发动机,飞机的噪声大得惊人。曾经有人将喷气时代的早期称为“喷灯时期”,这倒是恰如其分。当飞机在天空中飞行的时候,那些涡喷发动机的尾部还会拖着黑烟。不过我们都知道这将掀开历史上非常重要的一页。
艾伦将Dash80的首次升空称为他“所见过的首飞中最漂亮的起飞过程”。我和他的感觉一样,不过我更感兴趣的还是那架概念飞机原型机的降落,因为它的低速特性正是我所在的团队关心的问题。我钻进汽车开到了不远处的波音机场,Dash80飞机将在那里降落。1小时24分钟后,飞机在一万英尺长的跑道上降落,滑跑距离还不及跑道长度的一半飞机就停了下来,对这一结果我感到十分满意。
既然Dash80飞机已经飞起来了,我们于是开始引导项目朝两个方向发展:一是将其作为研究用的原型机开展试飞工作;另一方面,我们则以其作为概念验证机,向航空公司推介我们对商用喷气式飞机的定义。
来自世界各地的航空公司负责人、飞行员以及工程师纷纷到西雅图来考察我们这架喷气式飞机,我也陪同他们许多人参观了飞机的验证飞行试验。这些工作帮助波音公司与世界范围内的客户建立起了联系和友谊。
陪同参观那些飞行试验并亲眼目睹他们对喷气式飞机的速度和舒适性所做出的反应是一件非常有意思的事情。在见识了Dash80飞机与他们正在运营的螺旋桨客机的差距后,每个人在离开西雅图的时候都相信,根据我们的方案生产的喷气式飞机将成为未来的潮流。
当时,道格拉斯公司正好推出了DC-7C飞机,这是自1934年DC-2出厂以来著名的道格拉斯商用螺旋桨客机系列中最后也是最大的一款飞机。大致在同一时期,洛克希德公司也推出了其最后一款活塞式飞机——L-1649G“星航”,它采用了全新的机翼设计,是“星座”系列飞机中最后出厂的一款。若从性能角度出发,这些飞机与Dash80比起来,简直就像是石器时代的产品。
自波音367-80飞机首飞至今,半个世纪以来,波音公司向客户交付了超过15000架按当时这一成功方案生产制造的各型喷气式飞机。Dash80飞机称得上是最大限度地为人类社会提供服务的飞机的代表作。基于这一点,许多历史学家认为这是航空史上继莱特兄弟1903年的“飞行者”飞机之后最具意义的产品。如今,在紧邻华盛顿杜勒斯国际机场的国家航空航天博物馆/史密森学会斯蒂芬·乌德沃尔—哈齐中心内,展出有一架由波音志愿者修复的Dash80飞机。
我个人认为,参与367-80项目是我接受继续教育的岁月中极为幸运的一笔财富,这段经历帮助我打下了参与喷气式飞机设计工作的坚实基础。
1958年10月26日,泛美航空公司引进一架全新的波音707飞机提供跨北大西洋的航班服务。这不仅仅是一项巨大的成功,同时也是飞行史上一件里程碑式的事件。波音707是投入商业运营的第三种喷气式飞机,但是它采用了正确的方案,并为世界带来了一种全新的旅行方式。波音707开启了喷气旅行的大门,60年代期间,它引领航空业迅速进入了喷气时代。
波音的第三次机会来临了。此前,波音公司凭借先进产品获得商业成功的希望两度落空。1933年,波音推出了全球第一款现代客机——247型,并藉此跻身技术领先者的地位。1938年,波音再度凭借全球第一款带增压机舱的飞机——波音307“同温层飞机”,取得了技术上的领先优势。但是这两款飞机在商业上却无甚作为。到了1958年,波音公司再度为想象力插上了技术的翅膀,这一次,波音公司还迎来了如潮的订单。
我一直在思考,究竟是什么使得这家美国公司保持着创新性,而其他同类公司却未能如此?比尔·波音基于“我们可以也应该造出世界上最安全最好飞机”的信念,创建了波音公司。他曾表示,要“想尽一切办法”实现这一目标。他的继任者,尤其是比尔·艾伦,秉承这一愿景,致力于创造一个能够持续吸引最优秀的航空工程师和其他专家的良好氛围。
波音707与Dash80非常相像,但是前者拥有一个更宽的机身,体积更大,动力也更强劲。在开始波音707的设计工作前,波音公司在Dash80的基础上,为美国空军开发了一款名为C-135的衍生型飞机。这款军用运输机与被称为KC-135的改型加油机,机身直径较Dash80的要大少许。
波音公司决定在其设计的商用喷气式飞机上采用这一修改过的机身方案,但是泛美航空公司的胡安·特里普提出了不同的观点。胡安是当时航空业界最有权势、影响力最大的人物,他要求波音公司提供给他的喷气式客机有更宽敞的客舱。为了满足他的这一要求,我们要付出极大的成本代价,而且当时为满足空军的需求,我们已经将Dash80飞机的机身加宽过一次了,因此,我们的负责人并不愿意附和胡安的这个要求。
胡安·特里普总是知道如何让别人答应他的要求。1955年10月,当泛美航空公司历史性地与波音公司签下20架707飞机购买订单的同时,他还向道格拉斯公司订购了25架DC-8飞机。这张分开的订单一语惊醒梦中人,使波音公司明白了自己对客户的意见还缺乏聆听的态度。
不必说,我们立刻行动起来,在已经改进过的设计方案的基础上,对波音707的机舱进行加宽,使其比道格拉斯公司DC-8飞机拥有更宽的机身。707飞机机身横截面设计方案曾先后为波音727、737以及757等其后开发的单通道飞机所采用。直至今天,波音新一代737系列双发飞机仍然采用了这一机身横截面设计方案。
道格拉斯DC-8飞机于1959年9月投入国内航线运营,并于次年挤入波音707的市场,提供跨大西洋的航班服务。该飞机机翼后掠角为30°(较波音707小5°),同样是非常不错的一款飞机。
但是这一次,道格拉斯公司被波音甩在了后面。它的喷气式客机是模仿波音而得的产品,基本上是按照波音在Dash80项目中定义的方案生产制造的。这一次,波音公司虎口夺食般瓜分了商用客机的市场份额。全球各家航空公司争相订购波音707,该飞机的订单总数超过了一千架,相当于DC-8飞机订单总数的一半。
当时,道格拉斯公司仍是整个航空市场上具有压倒性领先优势的公司,波音公司这场翻身仗打得非常漂亮。第二次世界大战后的螺旋桨时代中,我们全部的客机产品就是已经交付的55架“同温层巡航者”。相比之下,数千架道格拉斯DC-4、DC-6以及DC-7飞机相继投入运营,其中一部分是作为客机交付使用的,而剩下的则是由道格拉斯公司生产以满足战时运输所需的飞机,这些飞机在战后被改装作为商业用途。
我认为,波音公司在喷气时代之初能具有如此创新精神归于三点:第一,是比尔·艾伦、爱德华·韦尔斯、乔治·谢勒、梅纳德·彭内尔以及其他波音公司的顶尖人士的高瞻远瞩。他们看到了喷气运输市场的潜力且愿为实现这个梦想而下赌注。第二,为了实现技术领先,波音公司舍得一切投资。凭借波音公司在研发上的投入,我们建起了一座跨声速风洞,当我们在喷气领域的多个方面实现领先的时候,这些巨额投资被证明是无价的。第三也是最后一个原因出现在道格拉斯公司身上。他们认为我们不过是一群对研制客机一无所知、年纪轻轻的工程师而已,并对我们嗤之以鼻。这种轻蔑的态度反而激发了我们的斗志,打败道格拉斯公司成为了偏居西雅图的我们热切向往的事情。所有这些因素为我们创造了一个令人兴奋的工作环境。
而德·哈维兰公司的“彗星”客机又发生了什么呢?1952年,“彗星”飞机成为全球第一架载客飞行的喷气式飞机,两年之后,“彗星”因发生数起坠毁事故而被停飞。当“彗星”飞机在地中海上空两度自然解体后,人们才意识到发生在印度与此相似的一起事故,此前曾认为一场雷暴是导致这起事故的原因,同样可能是难以解释的结构失效导致的结果。