多电时代——波音787的航空革命
前言
随着电力时代的到来，研发多电飞机意味着需要用更加智能、更加互联、数字化程度更高，当然也包括更多电气化的技术来替代飞机中的许多传统系统。然而，要将新技术立即大规模投入使用是不实际的，其中主要挑战之一是消除或减轻对某些最老式、最为广泛认可的部件的依赖。但是，总有一些作为新时代下初露锋芒的领头羊值得我们关注。下面让我们进入今天的主题：梦想客机——波音787。
多电飞机的诞生
众所周知，传统喷气燃料存在经济和环境缺陷，而当前电池技术每千克重量产生的能量不足一千瓦。此外，目前用于制造电气系统的材料可能无法承受所要求的恶劣工作条件。与此同时，有待解决的问题还包括集成问题、关于飞机上允许和禁止事项的严格认证准则以及可靠性与冗余问题。出于和同级飞机——A330的竞争，波音在2003年首次推出了7E7的概念设计图，并于2009年在巴黎航展上首次公开亮相。2011年9月26日，首架787交付ANA（全日空航空公司），并在同年正式投入服役。
电力系统
在波音787上，首次使用了电启动原理启动发动机，不仅改变了以往通过引用地面高压气源或者通过APU引气启动飞机发动机的模式，使其启动更加便捷，而且支持同时启动双发动机，这点相信大家都耳能闻详。在787上，一共安装了7台发电机，它们分别是： 两台发动机各两台宽变频启动发电机（VFSG）、APU两台启动/发电机（ASG）、RAT一台。每一台发电机都能提供近乎1000kVA的强大电力供应。
宽变频启动发电机（VFSG）
与其它常规飞机不同，波音787是电启动，其每台发动机拥有两台独立的启动电机VFSG，除了平时发电给全机提供电力以外，还可以逆序作为起动机启动发动机，因此无需额外安装压缩空气起动机。可见，相比于其它发动机，GEnx和Trent1000的简化设计在一定程度上减轻了其自身重量。同时，VFSG还拥有以下特点：
取代用于为飞机环境控制系统供电的传统引气系统，从而通过消除相对较重的引气组件（如调节阀、管道和冷却器）实现直接减轻重量
消除引气系统预冷却器的能量损失
无需使用单一用途的空气涡轮机起动机及其相关的油系统和维护
将APU设计简化为仅轴动力供电
完全独立，具有自己的润滑系统，能够通过飞行甲板控制装置进行手动或远程自保护断开连接
两台VFSG的设计使其能更加迅速地启动，即便其中一台VFSG发生故障，依然能通过另一台启动发动机（比常规启动慢一些）
APU启动电机（ASG）
除了发动机，APU也和其他客机的有所不同。787使用了普惠PW的APS5000涡轴发动机，相比其他同级APU，APS5000也利用电瓶实现简单自启，但不具备引气功能，它只能提供电力和相应的液压驱动。因此，APS5000是提供电力给客舱或主发VFSG以达到启动主发的目的。也许有人产生疑问：若发动机空中停车，则客舱岂不是失压？别急，耐心往下看，会有解答滴 o(*￣▽￣*)ブ 。回到正题，由于没有其他APU常规的引气功能，APS5000在一定程度上减轻了不少重量。与VFSG类似，APS5000也拥有两个起动电机ASG，把起动机和发电机的技术融合在一块，不仅减轻了重量，还可以实现双发同时启动，以提升效率。
空气压缩机（CAC）
大家可能对此感到陌生，因为这玩意儿比较少闻。其实它就是我们上述提到的，用来提供客舱空气的压气机（Cabin Air Compressor）。以往的传统飞机都是靠APU或者主发动机内部的压气机（Compressor）提供压力和氧气。而在787上，一共有4台这样的压缩机，就是类似下图这样的压缩机，以电作为能量，不断给客舱提供源源不断的氧气。在增压过程中，组件控制器（PCU）控制CAC工作，并根据传感器反馈的数据和飞机实际反馈的空调信息发送指令调节CAC的转速和流量，确保CAC正常工作，实现客舱的制冷、制热及加压。而下图的CAC折流门，是为了保护CAC进气口，当飞机在地面时、防止前起卷起的污水进入CAC进气口，造成CAC的损坏。通过控制单元调节压缩机转速以及各活门开关的角度，能够更加精确以及经济的方式控制客舱环境。
液压系统
波音787同样拥有三套独立的液压系统，分别为黄、绿、蓝液压系统（在787上更喜欢将其称作左、中、右液压系统）。左、右液压系统和常规客机类似，给飞机提供飞行控制、起落架收 放动作等等，而中间紧急液压系统是由两台独立的电力液压泵来控制，这点与传统的液压系统不同，有效地节省了空间及重量。
超临界机翼
波音在7E7设计理念中提出了超临界机翼的思想，并在787上成功实现。超临界机翼还可用于减轻飞机结构重量，不同于其它传统机翼，波音787机身和机翼采用的，是碳纤维复合材料。相比于传统的铝合金材料，碳纤维能有效降低全机重量，并提升结构强度，降低金属疲劳的发生几率，增加使用年限，空客也在后来的A350机型中使用到。超临界机翼的出现，则是碳纤维材料的典例。它不仅能提高机翼的临界马赫数，使机翼在高亚音速时阻力急剧增大的现象推迟发生，也能降低机翼重量，还可增加机翼内的容积，用以放置燃油或其他一些重要的设备。
总结：787—— 新时代的里程碑
通过以上的叙述，我们悉知，波音787无论是在技术上的创新，还是操控性的创新；无论是从选用材料、设计理念，还是环保理念上的创新，在航空发展的100多年来，它都是凝聚了人类智慧的结晶，也是一个里程碑式的，具有重大意义的发展历程。
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