運輸部署案例集/2015/美國客機
在過去的一個世紀裡，飛機的發展在我們的社會中發揮著越來越重要的作用。飛機的出現使得幾乎所有旅行和通訊方面都得到了極大的加速。此前，鐵路和遠洋客輪分別成為跨大陸和跨洋的主要運輸方式。在第一次飛行以來的短短112年裡，飛機已成為幾乎任何長途旅行的主要交通工具，可以前往世界任何地方，並在更短的時間內覆蓋更遠的距離。
正如許多新技術一樣，飛機的誕生在取得第一次成功之前進展緩慢。多年來，人們嘗試了許多失敗或替代的設計。許多早期設計包括模仿鳥類的拍打翅膀。齊柏林飛艇和熱氣球也很常見，但它們很大程度上受制於風向。直到1901年，塞繆爾·皮爾龐特·朗利才發射了他的模型的汽油動力版本，他稱之為“航空器”。儘管在此之前，1896年，他創造了能夠飛行半英里的蒸汽動力模型。1903年，萊特兄弟超過了朗利，他們宣稱是第一架有人駕駛的、可控的飛機的動力飛行。他們在北卡羅來納州基蒂霍克以南4英里的地方測試了他們的飛機，結果在59秒內飛行距離最遠為852英尺。在接下來的幾年裡，他們對設計進行了改進，並最終釋出了“飛行者”，這是世界上第一架實用的飛機。
在接下來的幾年裡，航空交通和設計領域取得了一些小的進步。一些里程碑包括1910年尤金·埃利駕駛柯蒂斯雙翼飛機從船上起飛，以及三個月後透過使用連線到起落架上的鉤子在船上著陸。1914年至1916年，勞倫斯·斯佩裡首次開發了一種基本的自動駕駛儀，使用一套陀螺儀來穩定飛機並調整航向。
1914年1月1日，在佛羅里達州坦帕，第一條定期航空服務正式開通。格倫·柯蒂斯設計了一種水上飛機，由於沒有笨重的起落架，因此可以比以前的飛機建造得更大。一位名叫托馬斯·貝努瓦的汽車零部件製造商建造了一架這種水上飛機，創辦了聖彼得堡-坦帕水上飛機航線。這條航線透過跨越海灣連線這兩個城鎮——它在23分鐘內覆蓋了18英里的距離——比2個小時的乘船旅行有了巨大的改進。據報道，飛機很少超過海平面5英尺的高度。該航線每次只能運送一名乘客，單程收費5美元。它只運營了4個月，但其取代船舶成為跨洋旅行主要方式的潛力是顯而易見的。
儘管取得了成功，但公眾仍然害怕乘坐這種新奇的飛行機器，並且它們大多被視為新奇事物。再加上，技術的改進緩慢，大多數飛機仍然只能在極低的高度飛行短距離。但與許多技術一樣，戰爭的爆發改變了這一點。當1914年第一次世界大戰爆發時，飛機的戰略優勢很快變得顯而易見，大量的資源被投入到其發展中。最值得注意的是製造了更大的發動機，這使得飛機不僅更大，而且能夠達到每小時130英里的速度——是戰前飛機的兩倍多。由於戰時氛圍，當時的飛機與間諜活動和轟炸襲擊有關。但是，也開通了一些運輸路線，例如法國和英國使用飛機穿越英吉利海峽。
1917年，美國國會決定航空運輸已經發展到足以投資于飛機投遞系統——這是第一次嘗試。他們投資了10萬美元用於這項嘗試，該嘗試始於1918年5月從紐約到華盛頓特區的短途路線，途經費城。一年後，一條橫貫大陸的路線開始建設，從克利夫蘭到芝加哥，一年後跨越落基山脈。20世紀20年代初，在全國各地增加了旋轉燈光信標，以實現夜間飛行——在此之前，夜間飛行需要乘坐火車。純空中投遞郵件的新能力使美國郵政服務能夠在短短29小時內將信封和包裹從海岸運送到海岸。隨著已建成的飛機航線數量的增加，火車和輪船的郵政投遞變得越來越不受歡迎。
到20世紀20年代中期，美國政府已經失去了繼續提供郵件服務的願望。在許多方面，1925年的《合同航空郵件法案》（又稱《凱利法案》）可以被視為美國各地私人航空公司的開端。該法案將私營郵件投遞權出售給最高出價者。最初的五家中標者將在未來幾年內合併、拆分、更名和被收購，直到今天，它們現在是現今主要航空公司的組成部分。例如，國家航空運輸公司和瓦尼航空公司最終成為聯合航空公司的一部分。
大約一年後，1926年《航空商務法案》透過。該法案為政府對航空業的監管奠定了基礎，1926年該法案將航空業納入監管範圍。它建議為軍事領域之外的飛機制定一套標準。商務部長被授予對蓬勃發展的行業的監管權，能夠發放飛行員和飛機執照、確定官方航線、調查事故並建立導航技術。然而，此時，飛機幾乎完全用於郵件或軍事用途。
亨利·福特於1927年決定進軍航空業，發明了福特三引擎飛機，又名“錫鵝”。“錫鵝”在許多方面都是一個里程碑，其中首要的是它是第一架設計用於載客而非運送郵件的飛機。“錫鵝”擁有12個乘客座位，配備了乘務員（護士協助處理暈機並提供食物），以及足夠高的車頂，乘客可以在裡面站立，此外，它還採用了輕質鋁合金的全金屬結構和三個發動機，使其能夠以更快的速度穿越更遠的距離。1927年的另一事件進一步推動了這些新型客機的普及。查爾斯·林德伯格完成了跨大西洋的單人無著陸飛行，證明了飛機的能力。與鐵路和遠洋客輪相比，飛機的速度優勢表明，空中旅行將是未來的發展方向，以前的交通方式在旅行和郵件投遞方面很快就會失去吸引力。
1934年的《航空郵件法案》是建立客機的最後一步。很明顯，凱利法案允許的郵件路線競標性質存在不公平的特點。《航空郵件法案》解決了這些不公平的政策，使郵件合同的投標過程更具競爭力，為小型公司提供了機會，而在此之前，它們難以從大型航空公司獲得合同。這些政策變化最終迫使許多航空公司重新專注于飛機服務的客運方面，並遠離該技術的航空郵件部門。回顧歷史，我們可以看到，現代客機行業起源於凱利法案、1926年的《商務法案》和1934年的《航空郵件法案》。這三項法案為航空業的合同採購設定了標準，規定了政府對航空公司的監管，並促進了最終從郵件投遞到客運的轉變。
然而，客運量的增加直到二戰後才變得顯著。到20世紀30年代初，與經過考驗的火車和輪船旅行方式相比，空中旅行在公眾眼中仍然是一種新事物。儘管查爾斯·林德伯格已經證明可以進行跨大西洋的無著陸飛行，但這仍然是一項極其艱鉅的任務，重量是一個令人擔憂的問題，以至於他成為飛機上唯一的乘客。需要取得重大進步才能製造出足夠大和快的飛機，以盈利的方式運送大量乘客。此時，大多數飛機旅行距離都相對較短。同時，安全問題也令人擔憂。為了吸引大量乘客，航空公司需要建造更大、更快、更安全的飛機。
由於對增長的需求以及林德伯格飛行等事件帶來的信心，飛機技術在20世紀30年代取得了重大進步。其中許多進步包括改善了機載導航能力。更好的高度表、羅盤、速度計和其他儀器使飛行員能夠更準確地確定飛機的位置和狀況。無線電實現了與地面的持續通訊，並很快導致了第一個飛行管制塔的建設，該塔後來成為紐瓦克機場。在全國範圍內建立了一個信標網路，並在機場設定了標記信標，以保持持續的聯絡，在能見度低的情況下提供視覺輔助。風冷發動機取代了以前使用的水冷發動機，從而可以建造更大功率的發動機來為更大的飛機提供動力。此外，1928年建立了第一個飛行模擬器，使飛行員能夠在一定程度上進行練習，而無需冒著飛機發生事故的風險。
最重要的是，1933年，世界上出現了第一批可以被描述為現代客機的飛機。隨著波音247和道格拉斯DC-1及DC-2（分別載客10人、12人和14人）的推出，為廣泛的航空旅行鋪平了道路。然後是DC-3。這是第一架證明客機可以盈利的飛機，並在美國航空公司首次亮相後很快成為美國的標準。它最多可容納21名乘客，僅需16個小時即可橫跨美國，但運營成本卻僅比DC-2高出10%。除了速度和容量方面的進步外，DC-3還是首批使用泡沫隔音材料和橡膠座椅填充物的飛機之一。
航空業的低效率和經常存疑的財務狀況再次證明需要進行改進。因此，1938年的《民用航空法》成立了民用航空局，後來更名為民用航空委員會。民航局可以作為監管機構，制定價格並監督商業行為。這被證明對於穩定許多航空公司面臨的岌岌可危的局面至關重要。監管企業的實體的存在和監管有助於確保航空業的未來。
與第一次世界大戰一樣，第二次世界大戰也成為了進一步技術進步的動力。戰爭時期出現的兩項最值得注意的技術是雷達和噴氣發動機。雷達的使用方法包括能夠從英國海岸探測到遠至大陸海岸的飛機。此外，示波器能夠建立飛機周圍區域地面的對映影像，極大地改善了導航。噴氣發動機在整個戰爭期間由德國和英國開發，儘管在戰爭結束時仍未完成。P-59，美國第一架噴氣發動機飛機，在戰爭結束時推出。
得益於噴氣發動機，現在可以獲得驚人的速度和距離。然而，安全仍然是一個問題。冷戰持續的壓抑氣氛提供了不斷提高所用飛機效能的動力。軍方參與的軍備競賽直接促進了民用客機增長的加速。由於這種增長速度，在六年時間裡，飛機從彗星（一架可飛行500英里/小時的36座英國飛機，最終由於機身金屬疲勞而中途解體）發展到波音707。707於1958年推出，是KC-135的改進版本，KC-135是一款用於在空中為轟炸機加油的飛機。707可以容納136名乘客，時速可達550英里，在容量、安全性和速度方面有效地壓制了競爭對手。客機時代正式開始。
隨著現在開始的航空旅行需求的增長，需要進行安全監管。1956年的一次空中相撞使這種需求變得非常明顯。為了滿足這種需求，聯邦政府透過1958年的《聯邦航空法》建立了聯邦航空管理局（建立時稱為聯邦航空局）。FAA作為全國航空安全的負責人，從機場到控制塔再到飛行中飛機的監測，都負責航空安全。主要關注點是確保防止1956年那次相撞事件再次發生。它的控制權並不止於此；FAA還控制著新飛機設計和改裝的批准，以及飛行員培訓和任何可能影響行業安全的服務的培訓。
除了大型噴氣客機外，還有一組飛機專注於速度而非容量。60年代後期推出的超音速協和式飛機是一個非常利基的市場。雖然它們提供了無與倫比的速度，但也非常昂貴。該行業已經達到了一個平衡點，不再需要追求更快速度的旅行——普通的客機已經可以在24小時內將人帶到世界任何地方。為了節省幾個小時的旅行時間而支付大量費用的權衡，只對富人有吸引力。也指出了其他問題，例如持續的音爆會使飛機比以前更響。美國航空公司從未採用協和式飛機，最終這些超音速飛機於2003年停產。
在第一批大型噴氣客機出現之前，客機在許多方面與現代飛機有很大不同。50年代的機票價格遠高於今天，對某些人來說，即使是短途飛行也可能需要花費幾周的工資。在乘客舒適度方面，當時的飛機努力吸引更多客戶使用航空公司。相比之下，經濟艙提供的腿部空間與今天的商務艙相似，飛機上配備帶完整沙發的休息室也並不少見。與此同時，當時明顯缺乏機上娛樂設施意味著大多數人要麼睡覺，要麼吸菸，要麼喝酒來消磨時間。飛機的安全也有些問題。湍流更加明顯，飛機事故導致的死亡人數是今天的五倍。
隨著707和747等大型噴氣客機的出現，客機已在旅遊界確立了自己的地位。火車和遠洋客輪，在僅僅50年前就主導著包括航運、郵件和人員在內的各種運輸市場，現在完全被超越了。從50年代到今天，機場以及客機機隊都在不斷擴大。航空公司已經整合為少數幾家大型公司，主導著市場。在此期間，年度旅客人數持續增長，僅在美國，每年就有近8億次旅行。除此之外，它們還是最安全的交通工具之一，每10萬飛行小時僅有1.3人死亡。
對美國國內航班的年度數量進行了資料收集。資料來自兩個來源：1954年至1980年的資料來自rita.dot.gov，而1981年至2014年的資料來自data.worldbank.org。這兩個網站的資料並排放置，並在圖上擬合了迴歸曲線。該曲線的R平方值為0.9874，預測的年度旅客最大數量約為8.25億。
透過分析迴歸曲線，可以確定一些事情。首先，可以看出美國航空業進入其週期增長階段的時間幾乎與747的開發完全一致。這表明客機和噴氣發動機是推動行業增長的最終動力，是加速行業增長的“魔法子彈”。其次，可以看出航空業已經進入成熟階段，增長速度開始放緩。這表明，除非行業發生另一次極端變化，否則增長可能會很快停止。
1 <航空運輸，載客量。（2015）。於 2015 年 11 月 12 日檢索自http://data.worldbank.org/indicator/IS.AIR.PSGR/countries/1W?display=default/>
2 <飛機時間軸 - 20 世紀最偉大的工程成就。（2015）。於 2015 年 11 月 12 日檢索自http://www.greatachievements.org/?id=3728 />
3 <歷史航空交通統計資料，1954-1980 年年度 | 交通統計局。（無日期）。於 2015 年 11 月 12 日檢索自https://www.rita.dot.gov/bts/sites/rita.dot.gov.bts/files/subject_areas/airline_information/air_carrier_traffic_statistics/airtraffic/annual/1954_1980.html />
4 <航空史 - 首次飛行。（無日期）。於 2015 年 11 月 12 日檢索自http://www.avjobs.com/history//>
5 <旅行黃金時代飛行體驗。（2013 年 12 月 5 日）。於 2015 年 11 月 12 日檢索自http://www.fastcodesign.com/3022215/terminal-velocity/what-it-was-really-like-to-fly-during-the-golden-age-of-travel/>