臭鼬工廠開工,超音速噴氣式客機要復活了?
洛克希德·馬丁公司已經開始制造“協和飛機之子”,這可能預示著超音速客機旅行的回歸。
自從2003年“協和號”超音速客機退役以來,人類的航空旅行方式終于將重新迎回超音速時代。據美國有線電視新聞網19日報道,美國航空航天局(NASA)與洛克希德·馬丁公司共同研制的X-59超音速技術驗證機,已經在以制造各種傳奇飛行器而聞名的臭鼬工廠開工,這標志著未來安靜型超音速客機終于邁出關鍵一步。
報道稱,被稱為“協和之子”的X-59計劃于2021年底交付,它可以在1.6萬米高空以接近兩倍音速巡航。臭鼬工廠飛行演示項目經理彼得·約瑟菲迪斯表示,“該項目的開始,標志著安靜的超音速商業旅行將迎來巨大飛躍”。
據介紹,NASA為X-59項目提供了高達2.47億美元的資金,這架技術驗證機的體積并不大,僅與現有F-16戰斗機相當,但它最大的特點是超音速飛行突破音障時不會產生巨大的噪音。
NASS已經通過了靜音超音速飛機(QueSST) 的初步設計審查,準備進行載人實驗機的開發。
彼得·約瑟菲迪斯透露,“X-59長而細的機體設計是實現低音爆的關鍵”。NASA提供的設計圖顯示,X-59采用與“協和號”相似的長尖機頭和后掠機翼。NASA阿姆斯特朗飛行研究中心航空航天工程師艾德·海林表示:“X-59在超音速飛行時,機體多個部位仍會產生多個沖擊波,但精心設計的機體將保證這些沖擊波不會疊加在一起,防止出現強大的音爆。”
X-59長28.65米,翼展9米,最大起飛重量14.7噸,裝備一臺F414-GE-400渦扇發動機,該型發動機還用在美國海軍F/A-18E/F“超級大黃蜂”之上。
報道稱,X-59超音速飛行時的噪音將降低到60-65分貝,地面上的人們聽到的只是一聲像汽車關門那種“砰”的聲音。為了確保能夠達到大多數人都認為合適的噪音水平,NASA在德克薩斯州使用F / A-18大黃蜂飛機進行測試,約500名當地居民負責記錄X59飛過時的噪音水平。這些測試數據將用于制訂商業超音速噪聲標準,從而改變美國禁止在陸地上空超音速飛行的現行法規。
NASA阿姆斯特朗飛行研究中心已使用一架F/A-18在愛德華茲空軍基地進行了多輪超音速俯沖測試,以采集相關數據。
NASA的工程師在安裝遠程聲波傳感器,以測量音爆的聲音。
X-59模型在NASA蘭利研究中心風洞進行吹風試驗。
風洞試驗中的X-59模型。
英國《飛行國際》網站19日稱,一旦該技術得以成功驗證,未來的新型超音速客機從倫敦飛往紐約只需要3小時,而現在這條航線需要花費8小時。
X59將在2021年首飛
歷史上有兩款超音速客機被投入了運營,這就是英法聯合研制的協和式客機和蘇聯研制的圖-144超音速客機。
協和號超音速客機
上世紀60年代,世界迎來超音速飛行熱潮,不但軍用飛機的飛行速度屢創新高,而且各大航空強國紛紛推出自己的超音速客機。英國與法國聯合研制的“協和號”客機就是最典型的例子,它一共生產了20架,主要負責橫跨大西洋的航線。由于它從歐洲到紐約的航程只需要約3.5小時,而倫敦和紐約的時差為5小時,所以“協和號”起飛時的當地時間甚至比降落時的當地時間還晚,這就是“協和號”乘客津津樂道的“降落在起飛之前”奇觀。
圖-144超音速客機
此外,蘇聯更早一步推出了圖-144超音速客機,并搶先投入商業運營。在此領域落后一步的美國則心焦不已,時任總統肯尼迪曾許諾,“只要能研制出一款性能超越‘協和號’的民用客機,美國政府將承擔研發費用的75%”。
但技術不成熟以及環保、經濟方面的各種因素,最終導致超音速客機告別歷史舞臺。在幾次災難性事故后,圖-144僅服役數年就停止飛行。2000年,一架“協和號”客機在巴黎起飛時因輪胎碎片擊穿油箱引發大火而墜毀,百余人遇難,“協和號”從此一蹶不振。2003年“協和號”客機退役后,全球就停止了超音速客機的商業運營。
其實飛機要超音速飛行,遇到的主要問題有兩個:一個是音障,另一個是音爆。
首先說說音障。音障是怎樣產生的呢?原來當飛行器的速度接近音速時,將會逐漸追上自己發出的聲波,而聲波實際上是一波一波被壓縮的空氣。此時,由于飛行器的速度接近音速,前面一波一波疊加的被壓縮空氣還沒有來得及前行,于是形成壓強、密度比較大的區域,這將增加對飛行器的阻力,俗稱為音障。
音障除了會使飛行速度不能提高之外,也會使飛行器的操縱性能變壞,甚至出現解體的現象。但這個問題隨著科技的發展,都逐步得到了解決。飛行速度不能提高,進一步加大飛行器的功率,就可突破音障;操縱性能也可以不斷提高;飛機不結實,就想法對飛機容易出問題的部位進行改造,并用更好的材料來建造。所以超音速飛機并非造不出來,現在各國的戰斗機都可以超音速飛行。
再來說說音爆。這可是個大 麻煩,音爆與音障產生的原因一樣,都是飛行速度太快了,不斷超過自己飛行時所產生的聲波。比如,飛行器在遠處先發出的噪音剛傳到我們這里,飛行器就到了,又發出了噪音,兩股噪音合在一起,再加上飛行器飛過后發出的噪音與陸續到達的之前發出的噪音,合成持續不斷的巨大噪音。這誰能受得了?并且這是一種自然現象,人力是很難解決的。
音爆的殺傷力極強。2005年9月底,以色列空軍對巴勒斯坦人實行了“音爆轟炸”,以軍用噴氣式飛機進行頻繁的超低空高速飛行,音爆產生的巨大震動,使房屋倒塌、玻璃破碎,還使有些人流鼻血、心臟病突發,甚至導致孕婦流產,在當地居民心理上留下了不可磨滅的陰影。
業內專家表示,隨著時代發展,當年導致超音速客機退出商業運營的部分技術難題得以解決,包括用于超音速飛行的高溫防熱材料、復雜設計帶來的維護成本等。如果X-59能解決超音速客機的噪音問題,將有望搬開超音速客機商業運營在法律領域的最大“絆腳石”。
除X-59之外,美國多家私營航空企業也都在研制小型超音速客機,例如美國Boom技術公司準備研制載客45名的XB-1小型客機,美國企業Spike航空制造公司則計劃推出最多可搭載18人的S-512超音速公務機以及背后已經獲得了通用電氣、洛克希德馬丁支持的Aerion AS2超音速客機。
比協和還快10%的XB-1
Boom Technology XB-1雖然在2017年底才開始試飛,但已經將商用計劃提前到了2020年,商用版本將可以容納44名乘客。并且這個項目已經獲得了維珍集團支持,并已經提出了10架超音速客機預購方案。
雖然Boom Technology算是一家初創公司,但2.2馬赫設計巡航時速比協和客機還快了10%,再加上商業化進程順利,前景不錯。
沒有窗戶的S-512
來自美國波斯頓的Spike Aerospac在利用原型機測試無人飛行技術的同時,也與西門子等多家公司系統開發S-512超音速客機,巡航速度可以達到1.6馬赫,1960km/h,飛行半徑9978公里,說最快會在2023年交付使用。
重點是S-512沒有窗戶,只是在外形上提供了帶無縫窗戶的視覺設計。設計師認為超高速客機窗外其實看不到什么內容,他們可以通過艙內大屏幕和飛機外部攝像頭配合,讓乘客選擇是觀看外部環境還是視頻、靜態圖片。不過S-512載客人數不多,只有22人,似乎更適合私人公務機用途。
主攻節能的Aerion AS2
Aerion AS2最快在2025年就會投入使用,背后已經獲得了通用電氣、洛克希德馬丁支持,每架飛機售價1.2億美元,巡航提供兩種模式,一種是1.4馬赫的超音速巡航,在不允許的空域,AS2也能以0.9馬赫前進。
機身大量使用了降低阻力的設計,已獲得更好的綜合效能,進一步降低成本。目前AS2已經獲得了20張訂單。
雖然,超音速客機的研制正在快速發展,但這并不代表“協和號”那樣的大中型客機將很快得以重新復活。《飛行國際》網站稱,由于超音速飛行時的油耗極大,“協和號”每次飛行的平均油耗是波音747的3.5倍,其機票價格高達上萬美元。因此上世紀70年代石油危機爆發后,美國最終選擇放棄超音速客機的研制。超音速客機油耗高的問題至今無法解決,在油價高漲的今天,普通航空公司還在為降低5%的油耗而努力,這類超音速客機很難成為大眾出行的選擇,它更多將服務于那些“時間比金錢更寶貴”的高端商務人士。
來源:航空制造網整理 資料源:環球網、大科技雜志社、愛活網、21世紀軍工評論
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