在1947年，美國空軍上尉就已經(jīng)實現(xiàn)了超音速飛行。之后超音速飛機成了各國空軍爭相研發(fā)的飛機。然而超音速客機卻難以獲得成功。歷史上曾有過一家超音速客機。法國的協(xié)和超音速客機。最終這架超音速客機因為噪音問題無法解決而停止了繼續(xù)生產(chǎn)。自此超音速客機也被束之高閣。
近日空中客車公司曝光了一款超音速客機方案，引發(fā)了人們對超音速旅行的期待?？湛秃筒ㄒ衄F(xiàn)有的商業(yè)客機都屬于亞音速航空器，而此前能實現(xiàn)超音速飛行的協(xié)和與圖-144客機都已經(jīng)退役。值得注意的是，這款超音速客機在美國專利和商標局進行了專利申請，說明空客方面的設(shè)計方案與波音、美國宇航局的設(shè)計存在許多不同點。亮點在于，他們使用了組合式動力系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)最快4.5馬赫的超音速飛行。這意味著從倫敦飛紐約這樣的跨大西洋航線，只要一個小時就能夠完成。
空客超音速客機有點兒丑
空客超音速客機方案的亮點在于使用了非常醒目的三角翼。從上方看，有點兒像巨大的龜背。三角翼的設(shè)計在幾款大型超音速航空器中非常普遍，比如協(xié)和式客機、圖-144以及XB-70等。NASA格倫研究中心透露出的幾種超音速方案，基本都使用了三角翼及其延伸氣動布局。空客公司的專利申請文件中也詳細寫明了使用上單翼布局的哥特式三角翼，還有特殊設(shè)計的安定翼面，構(gòu)成了這款超音速客機的基本架構(gòu)。
作為空客全球的競爭對手，波音也正在醞釀超音速客機。在波音的戰(zhàn)略中，不僅有大型超音速客機，還有迷你型的超音速公務(wù)機，能夠滿足不同收入人群的需求。總體上看，波音公開的幾款風洞模型在外形上都非常前衛(wèi)，有的還使用了前置鴨翼。下圖顯示的是美國宇航局格倫研究中心中，一種設(shè)計方案在8英尺×6英尺超音速風洞中正在進行吹風?？諝鈩恿W專家可對這款氣動進行評估，尤其是超音速氣流在吸氣式發(fā)動機進氣口的變化。
NASA格倫研究中心8×6英尺的超音速風洞中正在吹風的超音速客機方案。圖片來源：NASA
動力系統(tǒng)別出心裁
空客的方案之所以有點丑，原因除了有一副巨大的三角翼安置在渾圓的機身上方外，還有錯綜復(fù)雜的動力系統(tǒng)。根據(jù)空客方案的圖注，這款超音速客機上有3種不同的動力，分別為火箭發(fā)動機、渦輪噴氣發(fā)動機以及沖壓式發(fā)動機。3種發(fā)動機在飛行剖面的各個階段有著各自的工作時間，比如當客機起飛時，使用渦輪噴氣發(fā)動機推動，抵達音速時由火箭發(fā)動機繼續(xù)推進，高度爬升至3萬米。此時客機已經(jīng)處于超音速飛行狀態(tài)，之后會啟動沖壓式發(fā)動機，以4.5馬赫的巡航速度飛行。
為了滿足3種動力銜接使用，空客這款超音速客機的機身顯得相當臃腫，與波音的方案體現(xiàn)出的優(yōu)美曲線形成了鮮明對比。更重要的是，3種發(fā)動機需要完美配合才能實現(xiàn)一次成功的超音速之旅，這就增加了動力系統(tǒng)的復(fù)雜性。一旦某個發(fā)動機出現(xiàn)故障，就得放棄超音速飛行，甚至增加了飛行的危險性。況且機身中部放置一個巨大的氫燃料箱，不知前面的乘客是何種感想。
空客方案使用了3種發(fā)動機，分別為火箭發(fā)動機、渦輪噴氣發(fā)動機以及沖壓式發(fā)動機，動力系統(tǒng)較為復(fù)雜。圖片來源bbc.com
超音速客機研發(fā)遇到的難題
協(xié)和式客機退出舞臺的原因之一是噪聲問題，這也是當前超音速客機研發(fā)的技術(shù)瓶頸之一。美國本土目前仍然禁止商業(yè)超音速飛行，隨著城市擴張，民用機場已經(jīng)非常接近城區(qū)，超音速飛行產(chǎn)生的音爆對地面的影響不容忽視，因此協(xié)和式客機只能執(zhí)行大西洋航線，反正在海上產(chǎn)生音爆也沒人抗議。目前NASA資助的幾個超音速飛行項目以攻克音爆為主要方向，比如威爾實驗室的湍流對超音速飛行音爆形成的影響、霍尼韋爾公司的減緩音爆技術(shù)等。
美國宇航局的音爆解決方案與空客的有些區(qū)別，前者使用了針狀鼻錐和先進的機體蒙皮來控制噪音，而在空客公布的想象圖上，并沒有看到類似NASA的音爆抑制方法。此外，麻省理工還對超音速客機巡航對平流層的影響進行研究，涉及到高空排放問題。軍用超音速飛行器在巡航過程中一般較少進行超音速飛行，而商業(yè)客機一旦具備超音速飛行能力，那么這條航線上噪聲和大氣排放問題將變得更加突出。
NASA測試的安靜飛行技術(shù)示范，在試驗機雷達罩前安裝前伸裝置，減少超聲速飛行時產(chǎn)生的初始沖擊波。圖片來源：NASA
到目前為止，開發(fā)下一代超音速客機的計劃仍然集中在美國和歐洲?？湛偷某羲倏蜋C方案載客量較低，僅為20人，面向?qū)绱笪餮箫w行有著強烈時間緊迫感的商務(wù)人士。美歐之外，俄羅斯也有超音速客機的研發(fā)計劃。俄羅斯中央空氣流體力學研究院與蘇霍伊設(shè)計局聯(lián)合推出了SBJ/ SPJ項目，擁有20座和80座的不同版本，巡航速度1.8馬赫。
不過，這些超音速客機的方案仍然處于研發(fā)階段，NASA、波音以及洛克希德·馬丁的幾個概念方案已經(jīng)進入風洞測試，空客和俄羅斯的進展相對緩慢。保守估計第一架超音速客機的原型機在2020年前出現(xiàn)的可能性不大，至少要等10至15年之后了。
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