美国新一代安静型超音速客机X-59开始组装/关于超音速喷气式客机的话题

一、美国新一代安静型超音速客机X-59开始组装

2019年12月20日环球时报

自英法联合研制的协和式超音速客机2003年退役后，人类超音速商业航空梦就停滞了。协和式退役原因很多，最重要原因在于起降时巨大的噪声污染，以及超音速飞行产生的音爆现象，无法通过任何国家环保测试。在协和式运营二十多年中，它被禁止在陆地上空超音速飞行，只能在跨大西洋航线上运营，严重限制了它的市场。

英法联合研制的协和式超音速客机

然而，人类并不会永远止步。新一代安静型超音速客机技术研究正在进行。美国宇航局网站12月17日报道，NASA的X-59安静超音速研究飞行器开始最后组装。

计算机绘制的X-59

NASA的X-59大型有人驾驶安静超音速飞行器经历30多年研发后，在华盛顿NASA总部项目审核，批准组装。这次项目审核会议被称为重要决定点D（KDP-D），是X-59安静超音速研究飞行器首飞前最后一个程序。NSA航空副主管Bob Pearce说，通过KDP-D项目节点，NASA展示X-59项目运转正常，一切工作都已经依照计划按时完成。

X-59形状可将到达地面音爆声降到轻柔的重击声。 将飞越美国有人居住地区，从地面上传感器和人员收集数据，评估公众看法。 数据将帮助监管机构制定新规则，实现商业超音速飞机在陆地上空飞行。X-59在洛克希德·马丁航空公司加利福尼亚州帕姆代尔臭鼬工厂制造，合同价2.475亿美元，包括成本加奖励费。臭鼬工厂制造飞机机身，机翼和尾翼。飞机组装集成计于2020年完成。

建造中的X-59

X-59 开发和建造管理属于“低空飞行演示器”项目，该项目是NASA集成航空系统计划一部分。如果X-59展示的技术令人满意，可以预期，人类新一代安静超音速客机研制会提上日程，人类超音速商业飞行梦想将会继续。

二、关于超音速喷气式客机的话题

欧中网综合消息  自2003年“协和号”超音速客机退役后，人类航空旅行终将重回超音速时代。

报道称，被称为“协和之子”的X-59计划于2021年底交付，它可在1.6万米高空接近两倍音速巡航。臭鼬工厂飞行演示项目经理彼得·约瑟菲迪斯表示，“该项目的开始，标志着安静超音速商业旅行将迎来巨大飞跃”。据介绍，NASA为X-59项目提供2.47亿美元资金，这架技术验证机体积并不大，与现有F-16战斗机相当，但最大特点是超音速飞行突破音障时不会产生巨大噪音。

彼得·约瑟菲迪斯透露，“X-59长而细机体设计是实现低音爆关键”。X-59采用与“协和号”相似长尖机头和后掠机翼。NASA阿姆斯特朗飞行研究中心航空航天工程师艾德·海林表示：“X-59超音速飞行时，机体多个部位仍会产生多个冲击波，但精心设计机体保证这些冲击波不会叠加，防止出现强大音爆。”

X-59长28.65米，翼展9米，最大起飞重量14.7吨，装备一台F414-GE-400涡扇发动机，该发动机还用在美国海军F/A-18E/F“超级大黄蜂”上。X-59超音速飞行时噪音将降低到60-65分贝，地面上人听到的只是一声像汽车关门那种“砰”的声音。为确保能达到大多数人认为合适噪音水平，NASA使用F / A-18大黄蜂飞机测试，约500名居民记录X59飞过时噪音水平。测试数据将用于制订商业超音速噪声标准，而改变美国禁止陆地上空超音速飞行现行法规。

NASA阿姆斯特朗飞行研究中心已使用一架F/A-18在爱德华兹空军基地进行多轮超音速俯冲测试，以采集相关数据。

NASA工程师在安装远程声波传感器，测量音爆的声音。X-59模型在NASA兰利研究中心风洞进行吹风试验。

风洞试验中的X-59模型

英国《飞行国际》称，一旦该技术成功验证，未来新超音速客机从伦敦飞往纽约只需3小时，而现在需花费8小时。

X59将在2021年首飞

历史上有两款超音速客机投入运营，是英法联合研制的协和式客机和苏联研制的图－144超音速客机。

协和号超音速客机

上世纪60年代的超音速飞行热潮，军用飞机飞行速度屡创新高，各大航空强国纷纷推出超音速客机。英法研制“协和号”客机就是典型例子，一共生产了20架，负责横跨大西洋航线。从欧洲到纽约航程只需3.5小时，而伦敦和纽约时差5小时，“协和号”起飞时当地时间甚至比降落时当地时间还晚，这就是“协和号”乘客津津乐道的“降落在起飞之前”奇观。

图-144超音速客机

苏联更早一步推出图-144超音速客机，并抢先投入商业运营。落后一步的美国心焦不已，时任总统肯尼迪许诺，“只要能研制出一款性能超越‘协和号’民用客机，美国政府将承担研发费用75%”。

但技术不成熟及环保、经济方面的因素，导致超音速客机告别历史舞台。在几次灾难性事故后，图-144仅服役数年就停止飞行。2000年一架“协和号”客机起飞时轮胎碎片击穿油箱引发大火坠毁，百余人遇难，“协和号”一蹶不振。2003年“协和号”客机退役，全球停止了超音速客机商业运营。

众所周知，声音在15℃的空气中的速度是340米每秒，约1224千米/每小时，这就是音速。超音速是指速度比340米/每秒大的状态，小于340米/每秒的速度称作亚音速，等于340米每秒的速度为穿音速，声音的速度会因为气温不同或气压不同，而有所不同。音速的单位叫马赫(mach)，一倍音速叫1马赫，2倍就叫2马赫。

高超音速飞机采用超音速燃烧冲压发动机，类属于冲压发动机。冲压发动机1939年首次被德国用于V－1飞弹上。冲压发动机由进气道、燃烧室、推进喷管组成，比涡轮喷气发动机简单。冲压喷气发动机分亚音速、超音速、超音速燃烧。亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料，飞行时增压比不超过1.89。超音速冲压发动机采用超音速进气道，用航空煤油或烃类作燃料，速度为2至5马赫，可用于超音速靶机和地对空导弹。超音速燃烧（高超音速）发动机是使用碳氢燃料或液氢燃料，空气在发动机内流速始终保持超音速，飞行速度5至16马赫。

喷气式飞机最普遍的发动机是涡扇喷气发动机。由于风扇叶片设计制造要求非常高，直到上世纪60年代，才制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，揭开涡扇发动机实用阶段。涡扇喷气发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，发动机利用气压机对进入空气压缩，压缩空气和燃料混合点燃，气体爆炸推动飞机前进。

超音速燃烧发动机同涡扇喷气发动机不同，也有别于火箭发动机。虽然多级火箭速度极高，可达20多马赫，但要携带全部燃料，在相同体积下，有效负载低于超音速燃烧冲压发动机飞行器。

飞机要超音速飞行，遇到主要问题有两个：一个是音障，另一个是音爆。

音障是怎样产生的？当飞行器速度接近音速时，会逐渐追上自己发出的声波，声波实际上是一波波被压缩空气。此时由于飞行器速度接近音速，前面一波波叠加被压缩空气还没来得及前行，形成压强、密度较大区域，增加对飞行器阻力，俗称为音障。

音障除会使飞行速度不能提高外，也会使飞行器操纵性能变坏，甚至出现解体现象。随着科技发展，逐步得到解决。进一步加大飞行器功率，就可突破音障，操纵性能也可不断提高；想法对飞机易出问题部位改造，用更好材料建造。

超音速飞机并非造不出来，现在各国的战斗机都可超音速飞行。目前无人驾驶的超音速飞机最大用途还是在军事上。目前的飞行速度纪录由美国的X－15飞机1967年10月创下，为6.7马赫；但X－15以火箭做动力，自身带有燃料和氧化剂。而X－43A发动机属吸气型，飞机携带氢气做燃料，从大气层吸取氧气混合燃烧。目前最快的吸气型飞机是美国SR－71“黑鸟”侦察机。飞行速度约3.1马赫。

美国还在研制“曙光女神”高速侦察机，结构不同于现有飞机和航天器，已多次试飞，速度4.5至6马赫。将取代SR－71侦察机，可实施侦察，也可执行攻击任务。法国国家航空航天公司与航空航天研究院，正在研制一种HAHV高空高速无人驾驶侦察机，速度6-8马赫，航程达2000公里，在30－35公里高度上，能实行电子情报搜集等多种任务，擅长侦察视界外敌防空阵地。

音爆可是个大麻烦，音爆与音障产生原因一样，都是飞行速度太快，不断超过自己飞行时所产生声波。飞行器在远处先发出噪音刚传到我们这里，飞行器就到，又发出噪音，两股噪音合在一起，再加上飞行器飞过后发出噪音与到达之前发出的噪音，合成持续不断巨大噪音。这谁能受得了？这是一种自然现象，人力是很难解决。

音爆的杀伤力极强。2005年9月，以色列空军对巴勒斯坦实行“音爆轰炸”，以军用喷气式飞机频繁超低空高速飞行，音爆产生巨大震动，使房屋倒塌、玻璃破碎，有些人流鼻血、心脏病突发，导致孕妇流产，在当地居民心里留下不可磨灭的阴影。

有专家表示，当年导致超音速客机退出商业运的部分技术难题得以解决，包括用于超音速飞行高温防热材料、复杂设计带来的维护成本等。如X-59能解决超音速客机噪音问题，有望搬开超音速客机商业运营在法律领域的最大“绊脚石”。

除X-59外，美国多家私营航空企业都在研制小型超音速客机。美国Boom技术公司研制载客45名XB-1小型客机，美国Spike航空制造公司计划推出最多搭载18人S-512超音速公务机及已获得通用电气、洛克希德马丁支持的Aerion AS2超音速客机。

比协和还快10%的XB-1

Boom Technology XB-1在2017年底试飞，已将商用计划提前到2020年，商用版本可容纳44名乘客。项目已获得维珍集团支持，并提出10架超音速客机预购方案。虽然Boom Technology是一家初创公司，但2.2马赫设计巡航时速比协和客机还快10%，再加上商业化顺利，前景不错。

没有窗户的S-512

美国波斯顿Spike Aerospac利用原型机测试无人飞行技术同时，与西门子等多家公司开发S-512超音速客机，巡航速度达1.6马赫，1960km/h，飞行半径9978公里，最快在2023年交付使用。S-512没有窗户，只在外形上提供带无缝窗户视觉设计。设计师认为超高速客机窗外看不到什么内容，通过舱内大屏幕和飞机外部摄像头配合，让乘客选择是观看外部环境，还是视频、静态图片。S-512载客人数22人，适合私人公务机用途。

主攻节能的Aerion AS2

Aerion AS2最快2025年投入使用，已获得通用电气、洛克希德马丁支持，每架飞机售价1.2亿美元，巡航提供两种模式，一是1.4马赫超音速巡航，二是在不允许空域以0.9马赫前进。机身大量使用降低阻力设计，已获得更好综合效能，进一步降低成本。

虽然超音速客机研制正在快速，但并不代表“协和号”那样的大中型客机很快重新复活。《飞行国际》网站称，由于超音速飞行时油耗极大，“协和号”每次飞行平均油耗是波音747的3.5倍，机票价格高达上万美元。上世纪70年代石油危机爆发后，美国最终放弃超音速客机研制。超音速客机油耗高问题至今无法解决，在油价高涨的今天，普通航空公司还在为降低5%油耗努力，超音速客机很难成为大众出行选择，可能将服务那些“时间比金钱更宝贵”的高端商务人士。

国际清洁运输委员会(ICCT)发布的一份报告预测，2035年500个城市将有多达2000架超音速运输机投入运营。超音速飞机加入会显著增加世界碳排放：“超音速飞机队每年二氧化碳排放量估计为96万吨(88万至1.14亿吨)，相当于美国航空、达美航空和西南航空2017年总排放量，在25年的生命周期中，还将增加16--24亿吨的二氧化碳排放量。”  这将消耗整个碳预算的五分之一，改变1.5°C气候轨迹，假设航空业保持目前排放份额。”在这些飞行器升空前，有必要制定噪音和气候管理标准。

中国央视新闻频道CCTV-13公布了未来中国超音速客机计划。据中国航空研究院前沿技术研究部副总工程师徐悦介绍，随着持续技术攻关及持续科研投入，希望在2035年前将首架超音速客机原型机送上天空，表明中国在超音速客机方面已进入项目规划阶段。

现代超音速客机设计

目前世界主要国家研超音速客机都采用“静音”设计，即便在城市上空超音速飞行，其噪音对人们影响也在可接受范围内，使超音速客机发展成为可能。中国规划的超音速客机采用类似设计，巡航飞行速度达2马赫，预计搭载大推力无加力涡扇发动机，无论是燃油经济性还是降噪水平，都远远高于第一代超音速客机。

 (改写并编辑：未平) 

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