【中文配音】不可能的工程優質選集 【中文配音】世界最大客機-空中客車A380-不可能的工程S01E06

本集將會介紹空客A380 世界上最大的客機 當你看到這個巨大的怪物 感覺踏實 不可能飛起來的 絕不可能 它採用了尖端的航空工程學 如此大規模的電船操縱系統 對飛行器是一個不可思議的安全工具 還有一項革命性設計 沒有這些設計特點 今天這架飛機不會存在 讓不可能成為了可能 自從一個多世紀以前 航空業誕生 全球航空旅行在以指數成長 每年有超過30億人乘坐飛機 是世界人口的一半 當今的航空工程師面臨的挑戰 是找到方法跟上持續增長的需求 設計出一款能夠容納 儘可能多旅客的飛機 15年到30年前 航空領域的主要挑戰是速度 為了降低每天的 多達10萬個航班的數量 飛機設計師們需要大膽想像 他們的想法刷新了航空記錄 空客A380 一架超大容量的民航客機 世界上最大的客機 這架飛機如此之大 需要建造一個超大的建築物 用來容納它 我們建造了這個全新的機庫 來迎接這個巨大的怪物 這個飛機實在太大 我們的機庫容納不下這種飛機 這架革命性的雙層飛機 一展幾乎有80米 是商用飛機中最大的 它有近560平方米的可用空間 比第二大的民航客機大了40% 能運輸多達850名旅客 有著最先進的噴氣發動機 和前沿的射擊 它能夠不停息地飛越半個地球 在巴黎這個定製的機庫 這架空客A380正在被剝離 作為它計劃好的四年服役的一部分 揭開這個不可思議的 工程壯舉背後的祕密 對於維護經理希爾文法格 這個不可思議的大機器 總是讓人印象深刻 這個飛機我們可以稱之為 航空工業上的一個飛躍 我們需要新技術 訓練我們的機械師 工程師 所以這是走向未來的一大步 A380是幾個世紀創新成果 集成的一個巨大機器 人類很久以來 就試著能像鳥一樣飛翔 但是飛行並不像看起來那麼容易 據報導 十一世紀的法國本土會修師 在他的後背綁上了翅膀 把自己從馬姆斯伯裏修道院 發射出去 但是滑翔過程失控 導致了一場痛苦的著陸 在十八世紀的巴黎 孟格菲兄弟 發現了熱空氣 可以讓紙袋上升 這引發他們建造了一個熱氣球 創造了有史以來的 第一次輕於空氣的有人飛行 但是他們的設計有些缺陷 建造比空氣重的飛行器 且能夠起飛並能持續飛行 工程師們需要想出一個方法 來利用自然之力 1804年 英國科學家喬治·凱利爵士 終於解開了飛行的祕密 讓他獲得了 航空學之父的稱謂 凱利發現 當鳥飛行時 鳥的翅膀有一個彎曲的形狀 這個今天稱為機翼剖面 空氣通過這個區面上方 速度增加 壓強減小 下面靜態的空氣 維持較高的壓強 這就產生了向上的力 通過旋轉機翼 航空工程師 本·埃文斯博士能夠證明 凱利的模型如何克服重力 現在 在這個實驗中 我們在一面放置重物 也就是我們需要克服的力 在另一面是一個機翼 當這個旋轉時 它向水平運動 空氣通過一面 把它往下拉 抵消重力 這就是飛機上提升力 試圖做的事情 1853年 在79歲高齡 凱利把這些理念 付諸於行動 推出了世界上第一款 比空氣重的載人滑翔機 喬治·凱利爵士 讓不可能成為了肯尼夫 當你知道 如何把它合理運用時 這讓人很吃驚 凱利的成就啟發了 一代又一代的航空工程師們 去探索藍天 通過這些簡單實驗 他試圖展示 是什麼使得機翼產生生力的 就像滑翔機的機翼 使得我們在空中 平穩滑行 沒有喬治·凱利 創新性的機翼設計 巨大的空克A380 將不可能離開地面 當你看到這個巨大的怪物 感覺踏實 不可能飛起來的 絕不可能 事實上 這就是靠航空動力學原理 A380的機翼 運用和凱利相同的原理 但是規模更巨大 一展幾乎八十米 表面積達八百四十五平方米 大到能夠在上面 停放二十架凱利的滑翔機 但是工程師 需要足夠強大的動力 讓世界上最大的客機 能夠騰空起飛 因此 他們回頭借鑒 前人的革命性設計 這真是一種非凡的感受啊 我能感覺到加速度 把我按回座位上 即將創造更多的奇蹟工程 在巴黎一個 超大規模的機庫裡 一架空克A380 正在接受檢修 查理·傑克遜技師 正在親密接觸 這件工程傑作 這架飛機起飛 並逐漸加速 機翼上機翼頂端 將抬起來 這恰恰標誌著 機翼正產生 升空飛行的一架 大型飛機 打造一種大到 可提供足夠大升力 卻最小化阻力的機翼 可是個工程學難題 在空克A380上 加裝特殊增升裝置 前緣的縫翼和後部的精翼 使得機翼 能夠根據所需升力的大小 增加其尺寸和彎曲度 不過機翼 也能讓空克A380 以一種更加驚人的方式 飛行在空中 在機翼內部裝載著 完成飛行需要的燃料 這架飛機 有十一個燃料箱 兩邊各五個 還有一個在尾翼裡 燃料裝在內置油箱中 以減少一肩重量 不過起飛後 它就會被 迸送到整個機翼上 整個飛行過程中 這個系統 不斷調整燃料供給 來調整重心 保持平衡 這副機翼 是精心設計的產物 如果不這樣做 製造那種大體積飛機 就不切實可行 僅僅靠優良的機翼設計 不足以讓這架 體量巨大的飛機 在空中飛行 要製造出強力發動機 把369噸的飛機 外加200噸重的乘客 燃料和貨 帶到數千米的高空 是一項艱鉅的任務 發動機 是這架飛機上 最重要的部件之一 它就像心臟 假如它停止跳動 身體就會死亡 如果不是借鑒 前輩工程師們的 傑出工作成果 要讓A380飛起來 簡直不可能實現 快到1810年時 航空工程師們認識到 飛機升空飛行 需要動能和推進力 1874年 法國人菲利克斯·坦普爾 將一個蒸汽發動機 安裝到一架單一飛機上 哇 超讚 可是發動機太沉了 天哪 到了1903年 美國人塞穆爾蘭利教授 嘗試用巨型彈弓 然而 飛行器並沒有按照計劃 起飛升空 哦 發射 幸運的是 來自俄亥俄州戴頓的兩艘 即將做出航空學上 最重大的突破之一 1903年10月 萊特兄弟威爾伯和奧威爾 啟動了萊特飛行器的處女航 用活塞式發動機 驅動的螺旋槳推進器 給飛機提供了 足以使它升空的推進力 儘管飛行只持續了12秒 僅僅飛行30秒 但這仍然是首次 動力受控飛行 並被公認是 現代航空史的開端 為建造一架 重量超過萊特飛行器 1500倍之多的飛行 就必須取得 工程科技上的重大突破 貫穿整個20世紀 30年來的活塞發動機 螺旋槳飛機 就是航空領域標準 它們在範圍 速度和高度等方面受限 然而一向徹底的 工程學創新 已微見曙光了 感覺太奇妙了 本埃文斯博士 親身體驗了 英國史上首架 噴氣式戰鬥機的威力 格羅斯特流星 它是用手力 噴氣式發動機驅動的 由英國工程師 弗蘭克惠特爾發明 我感覺到加速度 僅僅把我推回到椅子上 飛機兩側發動機 都在工作 還好 惠特爾的發動機 能夠提供足夠的動力 讓格羅斯特流星 在1.1萬米高空 以近千公里的時速飛行 這是對於飛機而言 所能做到的 跨越可能性的一大步 這款噴氣式發動機 深具開創性 但其背後的工程學原理 卻異常簡單 本質上說 這款噴氣式發動機的 工作原理就是 經過吸 擠 爆 吹 將空氣吸入到前面這裡 然後通過一個旋轉式壓縮機 壓縮機擠壓減小空氣體積 使它在進入到燃燒室之前 壓力和溫度都大大提升 就在這裡燃料被填充並點燃 這會使燃氣的溫度和壓力 進一步上升 高溫廢氣發生膨脹 在發動機後段加速 並流過這個渦輪 渦輪通過一根軸 與發動機前端的 壓縮機相連 使之旋轉 推動發動機向前 並產生推力的 是膨脹並加速的廢氣 廢氣從發動機尾噴嘴中 噴出產生推力 惠特爾發明的 噴氣發動機是飛機 飛得更快 更高 更遠 遠勝空前 使航空業發生了永久性變動 惠特爾設計的發動機太牛了 今天 噴氣發動機已然成為 現代商用載機的標準配置 使環球旅行變得更快 更高 更經濟的夢想 已經成為可能 為了驅動空客380 工程師們需要 把惠特爾的設計 變成超大號的發動機 飛機之大 前所未有 重新設計一臺 全新的發動機是必須的 這樣才能 滿足讓飛機上天飛行的要求 這架A380正在一間巨大屋 定置機庫裡做保養 即使扎裏傑克遜 正要去檢修發動機 正是這些發動機 為噴氣客機提供了動力 A380有四臺巨大的發動機 單臺推力31噸 這臺發動機 運用了大量新技術 是目前市場上名列前茅 A380的四臺特別設計的 GP7200噴氣渦扇發動機 是有史以來 最為強勁發動機之一 這些發動機的功率是 惠特爾噴氣發動機的近50倍 可以在三秒內 吸入足夠吹起一支熱氣球的空氣 不過 對於設計這架巨型客機的 幕後技術團隊 要考慮的不只是功率問題 主要的困難之處在於 設計出的發動機要推力大 對於航空公司來說 經濟性要好 噪音還要低 由於採用了最先進的設計 A380單作為耗油量平均要比 波音747珍寶噴氣機低22% 這些渦輪扇葉為A380 進行了專門設計 渦輪扇葉的形狀極其新穎 能增加流經發動機的空氣流量 發動機70%的推力 來自這些葉片而非發動機自身 發動機燃燒燃油 並驅動葉片旋轉 24個中空的鈦質扇葉 做成了飛去來氣的形狀 在葉片尖端有一個倒角 這一形狀將氣流速度 從超音速降至亞音速 A380的單乘客耗油量 要比一輛汽車還要低 同時還安靜得多 和這架飛機的尺寸相比 A380的噪音遠低於上限 樹立了行業新標 空中客車A380 是有史以來最大的客機 它能持續飛行近1.6萬公里 是航空工程界的傑作 讓這麼大的飛機飛離地面 並飛越大半的地球 這真是工程界的非凡壯舉 這架飛機巨大的航程 讓人目瞪口呆 這也給設計師們 帶來了獨特的挑戰 A380可以中途不停 從達拉斯直飛悉尼 為了使乘客們 在長途飛行期間感覺舒適 需要採取特別措施 飛機有兩層客艙 總面積近540平方米 相當於三個網球場那麼大 在位於巴黎的一座專用機庫裡 這架A380正在被拆解 準備進行旅行維護 揭示其工程奧祕 搭乘這架飛機的體驗 讓人難以忘懷 商務艙有80個座位 這點至關重要 設計一架乘坐舒適的飛機 可不算什麼新想法 一位航空界 最早且最成功的發明家 在此領域建立了標準 早期的飛行員 上天時候沒啥選擇 唯有把自己豎井記好 勇敢面對大自然 不過有人不這麼想 1913年 俄國工程師伊戈爾·希克斯基 建造了伊利亞木羅梅茨飛機 此飛機專為奢華旅行而設計 它是世界上首架客機 希克斯基用風力發電機發電 用管道將熱空氣 從發動機送至客艙 達到取暖的目的 機上還有臥室 廁所和舒適的座位 16名乘客可以搭乘飛機 氣派十足地飛上600公里 伊利亞號的原設計是轟炸機 在一戰期間執行作戰任務 不過伊利亞號的豪華設計 被一直沿用至今 引領航空業走向 充滿無盡可能的新世界 和一個多世紀之前 伊利亞木羅梅茨一樣 空客A380重新定義了 空中旅行的概念 它有能力搭載上百名乘客 以極高的舒適度 完成1.6萬公里的旅程 飛機的外表看起來巨大無比 當乘客進艙 乘客入座後 你可以想像一下 飛機起飛時的噪音會有多大 但實際情況不是這樣 這裡很安靜 幾乎感覺不到正在飛行 對於A380這樣的龐然大物而言 用傳統的材料建造是辦不到的 如果整架飛機都用 傳統鋁材製造 這樣的設計將是災難性的 因此工程師們 要徹底改變這種方法 空客A380 是世界上技術最為先進的 商用客機之一 設計這架飛機的科技 20年前並不存在 但對設計團隊來說 重新定義現代航空學的極限 意味著要突破一些 看似不可能的挑戰 他們告訴整個世界 他們將建造世界上最大的飛機 這對他們而言 是巨大的挑戰 其中一個最大的挑戰 與飛機破紀錄的尺寸有關 飛機所遇到的飛行阻力 隨著飛機尺寸的增大而加強 必然受到壓縮 飛機還需要面對 極端的溫度環境 而且在顛簸的飛行中 飛機本身還會受到 扭轉效應的影響 從20世紀20年代開始 365 0比25比12240 0比25比14239 鋁質材料 當你建造世界上 最大的商務飛機時 需要精確到每一輛的重量 僅僅油氣一項就有半噸重 如果整架飛機都用 傳統鋁材製造 這樣的設計將是災難性的 這樣的飛機太沉重了 必須給飛機安裝 更大的發動機 更大的翅膀 這將消耗多得多的燃料 這樣的飛機也飛不遠 為減輕飛機重量 而降低鋁質外殼的厚度 並不可行 工程師本艾文斯 在他思旺西大學的 實驗室裡向我們做了演示 這個發射槍 會向位於展臺上的目標 發射高速的棒球 我們會看到 會造成怎樣的破壞 這個鋁片 大概是傳統飛機外殼 一半左右的厚度 讓我們看看發生了什麼 這就是鋁板受到的損 這裡變形了足有五釐米 這樣的衝擊給鋁製樣品 造成了很大的傷害 A380的設計者 需要一種跟傳統機體 一樣堅實的材料 但必須更輕 他們需要找出那種 能製造出 如此巨大飛機的材料 而所有重量 卻不超過一輛坦克 要解決這樣的 工程難題 如果沒有之前 偉大工程師的開拓工作 根本無法完成 上世紀三十年代 美國工程師 弗吉尼厄斯克拉克 發明瞭一種鋁的替代品 他將分泉樹脂 注入白化木板 於高溫下壓實 他將此材料稱為超級硬膜 應用在霍華德修斯 巨大的史普魯斯之蛾 水上飛機上 超級硬膜 是最早最成功的 航空複合材料 由多種材質組成 利用了 各種材質的優點 我們將在這個 衝擊試驗中 證明這一點 這個複合材料 由一塊碳纖維編織物 注入環氧樹脂而成 厚度與本 剛剛測試過的 鋁板厚度相同 我沒有任何變形 剛剛受到衝擊的 是中間這裡 實際上 沒有任何現象表明 這塊材料受到損壞 這就是結果 這是塊複合材料 而這塊是鋁板 它們遭受同樣的衝擊 你看這鋁板 所受的損壞 所以我們得出結論 複合材料輕質高強 這就是為什麼 這種材料 被如今的 航空工程師所採用 為了建造 世界上最大的科技 工程師們把 弗吉尼厄斯克拉克的創新 發展到一個新的境界 他們為A380 研製了一種新型材料 玻璃纖維增強鋁材料 對玻璃纖維進行了加強 比鋁板更薄 建造飛機的這種 複合材料 與傳統材料一樣堅固 也跟傳統材料一樣柔韌 這裡就有個證明 材料堅固性的例子 當飛機在飛行 和受壓的時候 它們會在機艙內 衝入一噸空氣 這種新材料 大大減輕了 A380的整體重量 有15噸之多 所以這個巨無霸 就可以足夠輕盈 以便飛行 如果他們沒用玻璃纖維 增強鋁材料 或類似材料 今天A380這樣的飛機 很可能不會存在 即便這樣的大飛機 能飛起來 但巨大的機翼 對全球任何機場來說 都太大了 設計者們必須 另尋解決方案 通常在工程學上 最簡單的方案 就是最好的 並做出新世紀的改變 空客A380是 21世紀航空工程的 一項壯舉 它是當今運營的 體型最大的商用客機 在位於巴黎的一個 定製的最新式飛機庫內 這架A380 正在進行四年定期的檢修 機師們有機會 同這部龐大的機器 近距離接觸 這是架巨大的飛機 你很難想像 它能輕鬆起飛航行 A380能從眾多機型中 脫穎而出 不僅因為其材料精良 其建造方式也頗為新穎 A380的零部件 由法國 德國 英國 和西班牙製造 再運到圖盧茲組裝 運輸這些零部件 需要特製的船隻 和A300到600ST 大白鯨超級運輸機 每架A380 有400萬個獨立零件 一經組裝 就變成一架飛機 其規模刷新了記錄 我猜想 當你看到它時就明白了 它滿足了每個人的夢想 當人們等待進入時 能看到孩子們到處看 人們興奮不已 這架巨大飛機最理想 最高效的翼載 應該是82米 但是根據航空規定 如果工程師研究不出辦法 縮減A380的機翼 對於全世界的飛機廠 它都過於龐大了 其解決方案產生了 二十世紀七十年代的 一場偉大的飛機變革 1973年 全世界陷入石油危機 一道針對西方的貿易禁令 價格在一夜之間 暴漲四倍 航空業付出了代價 人們急需一個解決方案 來提高飛機的燃油利用率 航空工程師 理查德·惠特科姆 在參與NASA的 飛機能源效用項目時 找到了辦法 空氣動力學家們 一直試圖提高機翼效能 也就是 試圖提高機翼的 升阻比 阻礙並減弱 機翼升力的因素有很多 其中之一 稱為一肩渦流 這個風洞 正在模擬一個普通機翼 以標準巡航速度航行 在機翼的中心區域 你會發現 煙霧到達一肩處之前 都很均勻 一旦到了一肩 就出現這種渦流 一肩渦流的產生 這是由於 下一面的高壓氣流 向上流至一肩處 與上一面的低壓氣流交會 產生了渦流和阻力 致使發動機負擔更重 理查德·惠特科姆的想法是 把飛機一肩的設計 改為垂直的一艘小翼 一艘小翼的阻力更小 消耗的燃料也更少 現在我把煙機移向一圍 並沒有發現 為安裝一艘小翼時 產生的強烈渦流 現在的情況是 氣流經過摩擦 平滑地向直面 帶來更高效的風力 加裝一艘小翼 會阻斷兩股氣流 在下一面的交會 降低渦流強度 A380擁有專門設計的 流線型一艘小翼 稱為一肩翼道 它們使得機翼縮短 恰好低於八十米 寬度上限的標準 也無需捨棄飛機的效能 如果沒有這樣的外形設計 這款飛機就會過於龐大 失去實用價值 它也就不會出現在今天了 空客A380飛機 是世界最大的客機 配備了世界上最強勁的 噴氣發動機 而且蒙皮 由尖端輕便地 複合材料製成 一艘小翼經專門設計 使燃料得到高效率 足以支撐其連續行 近1.6萬公里 然而 人類如何駕駛這樣一款 動力強勁的大型飛機呢 到二十世紀六十年代 大型噴氣式客機 到達鼎盛時期 橫貫大陸的旅行 比以往更輕鬆 速度也更快 一群大膽創新的工程師 認為噴氣式飛機 可以達到超音速 許多工程師都提到 嗯 這不太可能 你們這個提議野心太強了 這些先驅工程師 經過努力 取得了這個結果 協和式超音速飛機 1969年問世 協和式飛機 速度可達每小時 1930公里以上 超過了二倍音速 把紐約到倫敦的 飛行時間減少了一半 但是 駕駛一架超音速 噴氣式飛機 無法使用傳統的 飛機操控系統 協和式飛機 需要一個創新的系統 也就是現在所說的 電船操縱系統 通過布魯克蘭茲 航空博物館的 飛行模擬器 前協和首席飛行員 麥克班尼斯特解釋到 飛行時速 可達近2200公里 比步槍子彈還要快 協和號沒有電船操縱 將寸步難行 由於特定的飛行條件下 某些控制力 實際上非常大 那電船操縱 究竟怎麼一回事 電船操縱 通過計算機指令 實現飛行操控 在常規飛機上 當我要左轉向時 我這樣通過滑輪組 操縱桿和腳鎖 帶動控制器 對於這架飛機 如果想轉向 我這麼做 它發出計算機指令 引導控制系統 完成操縱 這也意味著 飛機擁有更敏捷的反應 也更加有效 也更能適於常人 進行飛行 協和號是首批 使用電船操縱的 商業超音速飛機 那駕駛真正的協和號 感覺如何 飛機非常適合飛行 它就像一匹兩種賽馬 而非奇數學校的出租馬 或者說它是一輛跑車 而非一輛卡車 它反應快速 你操控它飛行 易如反掌 為何不是一下呢 太棒了 保持住 非常好 剛好穿過大橋 倫敦議會大廈在左面 碎片大廈在左面 完美 協和飛機的確名不虛傳 不僅在於 其嘆為觀止的外觀美 更深層次是一種科技美 徹底改變了航空風景線 也使得現代飛機 更易於駕駛 從其首次應用於 協和飛機開始 電傳系統已經成為 行業標準 在空客A380上 一個極其精密的 數字化系統 使得駕駛世界上 最大的客機成為可能 對於如此大的飛機 它操縱起來相對簡單 通過這裡操控 完全電子化 我意思是說 這裡不要線纜 通過產生電子信號 然後發送到飛行電腦 電腦通過信號信息 控制飛行操縱面的運作 空客A380的設計和發展 被譽為航空業 最偉大成就之一 如今A380已服務於 全球各航空公司 每4分鐘就有一架起飛降落 憑藉過去的改革創新 逐漸適應 改進 展開自我的開拓性創新 航空業工程師 克服艱難的挑戰 最終讓不可能 變成可能 很難想像20年以前 如今的這些機器 會被製造出來 但這實現了 那將來會如何 無人知曉 也許可以乘飛機去太空呢