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近日，美國(guó)航空公司宣布將從音爆公司（Boom）訂購(gòu)20架超音速飛機(jī)Overture，這一名稱翻譯成中文是“序曲”的含義。音爆公司這樣來(lái)命名自己的超音速商用飛機(jī)，顯然蘊(yùn)含了重啟超音速商業(yè)航空運(yùn)輸時(shí)代的厚重期望。早在上世紀(jì)40年代，人類就實(shí)現(xiàn)了軍機(jī)的超音速飛行，可以說(shuō)從那時(shí)候起，人們就一直期望把超音速飛機(jī)應(yīng)用于民用航空。然而幾十年的探索和挫折，證明其中的困難比預(yù)想要大得多。我們邀請(qǐng)《航空知識(shí)》雜志主編王亞男來(lái)聊聊相關(guān)的話題。“序曲”設(shè)計(jì)方案效果圖（1）商用因暴烈噪音折戟自從100多年前人類開(kāi)始將飛機(jī)用于商業(yè)運(yùn)輸，對(duì)于速度的追求就從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。從最初的每小時(shí)一兩百公里，到今天的每小時(shí)近千公里，地球終于從一個(gè)碩大的物理球體被商用噴氣飛機(jī)縮小成了地球村。在軍用飛機(jī)早已突破音速甚至可以達(dá)到接近3倍音速的當(dāng)下，讓商用客機(jī)突破音障以更高的速度飛行在技術(shù)上早已不是難題，問(wèn)題在于超音速客機(jī)必須同時(shí)具有良好的靜音性和經(jīng)濟(jì)性，這才是真正的挑戰(zhàn)。2003年，英法合作研制的“協(xié)和”超音速客機(jī)結(jié)束了最后一次商業(yè)飛行，從此淡出航運(yùn)舞臺(tái)。這標(biāo)志著人類商業(yè)航空向超音速發(fā)起首次嘗試的黯然結(jié)局。而在20世紀(jì)60年代，超音速商用客機(jī)曾是全球航空運(yùn)輸界寄予厚望的新星。這一時(shí)期，英法兩國(guó)斥巨資研制的“協(xié)和”飛機(jī)成為最為耀眼的代表；蘇聯(lián)不甘落后，圖波列夫設(shè)計(jì)局迅速開(kāi)發(fā)成功圖-144超音速客機(jī)；美國(guó)政府也認(rèn)為超音速客機(jī)可能成為全球航運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，投入大筆資金，制定波音和洛克希德等著名航空公司參與競(jìng)標(biāo)的計(jì)劃，最終選中了波音公司的2707項(xiàng)目。雖然該項(xiàng)目最終因?yàn)榧夹g(shù)問(wèn)題過(guò)多和預(yù)算嚴(yán)重超支最終下馬，但這并不妨礙當(dāng)時(shí)美國(guó)對(duì)這一領(lǐng)域的樂(lè)觀期盼。蘇聯(lián)圖-144由于技術(shù)問(wèn)題和可靠性原因，只在蘇聯(lián)境內(nèi)進(jìn)行了極短的運(yùn)營(yíng)就宣告退出歷史舞臺(tái)。唯一投入跨大西洋商業(yè)運(yùn)營(yíng)的“協(xié)和”也沒(méi)有風(fēng)光多久，很快就暴露出噪音大、經(jīng)濟(jì)性差、運(yùn)營(yíng)成本高等問(wèn)題。超音速飛機(jī)使用的超音速發(fā)動(dòng)機(jī)原本耗油率就較大，如果飛行全程都保持超音速，經(jīng)濟(jì)性還勉強(qiáng)可以接受，但是傳統(tǒng)超聲速飛機(jī)飛過(guò)頭頂?shù)母杏X(jué)的確很糟糕：那不僅會(huì)產(chǎn)生巨大噪音，還會(huì)導(dǎo)致劇烈振動(dòng)。飛機(jī)在空氣中飛行會(huì)產(chǎn)生向四周擴(kuò)散的聲波，在亞聲速飛行狀態(tài)下，聲波的傳播不構(gòu)成麻煩，但當(dāng)飛機(jī)超越聲速的時(shí)候，問(wèn)題就來(lái)了。飛機(jī)引起的聲波（其實(shí)就是振動(dòng)的空氣層）由于跑不過(guò)飛機(jī)，會(huì)快速在飛機(jī)前方相遇并疊加，振動(dòng)能量劇增并呈錐面分布，這種振動(dòng)波就是音爆激波。如果是低空飛行，它甚至能震碎建筑物的玻璃。當(dāng)歐美各國(guó)政府都意識(shí)到這種等級(jí)的噪音會(huì)引起居民強(qiáng)烈反對(duì)后，便紛紛要求“協(xié)和”不得在陸地上空飛行時(shí)超越音速，只能在飛出海岸線，到達(dá)大洋上空時(shí)才可以火力全開(kāi)。這樣一來(lái)就意味著“協(xié)和”有相當(dāng)一段航程只能做亞音速飛行，而“協(xié)和”使用的發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速飛行時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性更加糟糕，這等于進(jìn)一步惡化了“協(xié)和”的經(jīng)濟(jì)性。由此帶來(lái)的一個(gè)直接結(jié)果，是當(dāng)年所有乘坐“協(xié)和”的乘客在享受2倍音速飛越大西洋疾馳之旅的同時(shí)，不得不面對(duì)高達(dá)數(shù)千美元令人咋舌的票價(jià)。在“協(xié)和”投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)代，以翼吊式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主要特征的高亞音速商用客機(jī)，憑借在速度、航程和經(jīng)濟(jì)性三者間極佳的平衡性設(shè)計(jì)成為主流，占據(jù)了商業(yè)運(yùn)輸市場(chǎng)的主要份額，進(jìn)一步壓縮了“協(xié)和”的生存空間。這一切，最終導(dǎo)致了“協(xié)和”的謝幕?！皡f(xié)和”超音速客機(jī)（2）“序曲”能卷土重來(lái)嗎從航空動(dòng)力技術(shù)上說(shuō)，通過(guò)使用渦扇技術(shù)和更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外流場(chǎng)設(shè)計(jì)，燃油經(jīng)濟(jì)性有望得到顯著提高；而激波噪音問(wèn)題則必須通過(guò)優(yōu)化機(jī)體外形設(shè)計(jì)才可能實(shí)現(xiàn)，其中涉及到激波產(chǎn)生機(jī)理和匯集擴(kuò)散規(guī)律等深層次問(wèn)題，試錯(cuò)所需的成本和時(shí)間都相當(dāng)可觀。音爆公司的“序曲”采用了比較保守的概念。“序曲”的飛行速度限定在1.7倍音速，但是即便如此，也足以把紐約到倫敦的飛行時(shí)間縮短到3個(gè)半小時(shí)，紐約到法蘭克福之間只需要4小時(shí)。雖然8300公里的航程讓“序曲”需要中途落地加油一次才能飛越太平洋，但這已經(jīng)能夠讓乘客在6小時(shí)內(nèi)從舊金山飛到東京。音爆公司希望把“序曲”的價(jià)格控制在2億美元，而“序曲”的客座運(yùn)營(yíng)成本更具吸引力——將比亞音速寬體客機(jī)更低。音爆公司認(rèn)為“序曲”運(yùn)營(yíng)后，從紐約到倫敦的往返票價(jià)大約為5000美元，而早年“協(xié)和”的票價(jià)高達(dá)20000美元。音爆公司宣稱全球有500條航線都需要超音速客機(jī)，市場(chǎng)需求總量可達(dá)1000架。研制這樣的飛機(jī)并不容易，據(jù)估計(jì)，研發(fā)制造和適航審定投資總額為60億美元。2016年3月，音爆公司完成了三角翼概念設(shè)計(jì)和木制模型。最初方案采用兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，可容納40名乘客。同年10月，原設(shè)計(jì)被加長(zhǎng)到47米，翼展也相應(yīng)加長(zhǎng)，客座數(shù)量增加到50個(gè)，發(fā)動(dòng)機(jī)也增加到3臺(tái)。之后，“序曲”投入使用的計(jì)劃一再推遲，如今的時(shí)間節(jié)點(diǎn)定在了2030年。音爆公司已經(jīng)完成的縮比三分之一的XB-1驗(yàn)證機(jī)可謂是“序曲”的序曲，它采用三臺(tái)通用電氣J85噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，負(fù)責(zé)來(lái)驗(yàn)證“序曲”的噪音技術(shù)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。但是以XB-1的外形特征來(lái)分析，在實(shí)際飛行中它能否實(shí)現(xiàn)音爆公司的設(shè)計(jì)目標(biāo)，目前仍存在不少疑問(wèn)。前面說(shuō)到的美國(guó)航空公司的訂單并不是音爆公司的首筆訂單，早在2021年6月，另一位美國(guó)商業(yè)航空巨頭級(jí)企業(yè)聯(lián)合航空公司已經(jīng)與該公司簽訂協(xié)議，購(gòu)買15架“序曲”。另外有消息說(shuō)，日本航空公司也有采購(gòu)意向，已經(jīng)預(yù)訂了20架。從商業(yè)規(guī)則上說(shuō)，目前這些訂單仍然只能算是意向訂單，因?yàn)楦骱娇掌髽I(yè)預(yù)定的“序曲”至今尚未完成研制，他們只是根據(jù)音爆公司的產(chǎn)品研發(fā)目標(biāo)和市場(chǎng)定位描述決定訂購(gòu)，但是這種意向仍然可以說(shuō)比較強(qiáng)烈，并且需要支付定金。XB-1驗(yàn)證機(jī)（3）古怪外形挑戰(zhàn)降噪難題在解決超音速飛行噪音問(wèn)題方面，美國(guó)航空航天局（NASA）花了不少心思。美國(guó)航空航天局和洛馬公司聯(lián)合制造的X-59“安靜超音速運(yùn)輸機(jī)”驗(yàn)證機(jī)目前已經(jīng)總裝完畢，正在進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試和調(diào)試，按計(jì)劃將在2022年實(shí)現(xiàn)首飛。這架長(zhǎng)30米、重10噸的外形古怪的飛機(jī)將通過(guò)飛行測(cè)試來(lái)挑戰(zhàn)超音速客機(jī)的降噪難題。當(dāng)年的“協(xié)和”產(chǎn)生的激波噪音水平是105分貝，大致相當(dāng)于近距離的雷鳴。從2003年“協(xié)和”徹底謝幕至今，19個(gè)年頭過(guò)去，如今X-59將挑戰(zhàn)一項(xiàng)前所未有的超音速音爆激波噪音水平——75分貝，大致相當(dāng)于在6米遠(yuǎn)距離上聽(tīng)到的大力關(guān)車門聲?！斑@一水平僅相當(dāng)于‘協(xié)和’的1/9至1/6”，NASA低音爆飛行驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目副主任戴維里奇韋恩表示，“我們努力讓飛機(jī)產(chǎn)生振幅更低更溫和的激波，也盡力讓激波能夠更緩慢地疊加形成，這樣就不會(huì)產(chǎn)生過(guò)去超音速飛機(jī)那樣強(qiáng)烈的音爆激波噪聲”。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工程技術(shù)人員做了大量計(jì)算機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)仿真試驗(yàn)，據(jù)此設(shè)計(jì)了X-59全機(jī)外形，那個(gè)細(xì)長(zhǎng)如遠(yuǎn)古生物般的長(zhǎng)鼻子就是復(fù)雜模擬建模的結(jié)果。從比例上說(shuō)，X-59的鼻子比“協(xié)和”的還長(zhǎng)。雖然長(zhǎng)鼻子能有效抑制激波，但也帶來(lái)了新問(wèn)題，那就是座艙里的飛行員無(wú)法擁有良好的前方視野，為此技術(shù)人員可以通過(guò)外部視景系統(tǒng)結(jié)合艙內(nèi)高分辨率顯示器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這樣一來(lái)，X-59就不必像“協(xié)和”那樣采用可上下偏轉(zhuǎn)活動(dòng)的機(jī)首，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減輕了重量。美國(guó)航空航天局在X-59項(xiàng)目上花費(fèi)了2.47億美元，如果該項(xiàng)目進(jìn)展順利，那將證明超音速飛行與低音爆噪音并非絕對(duì)不可調(diào)和的矛盾。這樣美國(guó)航空航天局就有望推動(dòng)美國(guó)航空管理機(jī)構(gòu)解除原有禁令，重新允許超音速飛機(jī)在內(nèi)陸人口稠密地區(qū)超音速飛行。在過(guò)去，“協(xié)和”只能在海上才被允許趕超音速，這意味著它的全航程經(jīng)濟(jì)性根本無(wú)法保證，因?yàn)椤皡f(xié)和”在亞音速狀態(tài)下是鯨吞牛飲的燒錢機(jī)器。一旦X-59能憑借音爆抑制技術(shù)打破這一禁令，這將意味著超音速商業(yè)航運(yùn)的大門有望重新開(kāi)啟。如果成功，X-59飛過(guò)繁忙的城市時(shí)，大部分居民甚至?xí)y以覺(jué)察到他們頭頂有人正以超越音速的速度疾速飛行。即便在靜謐的鄉(xiāng)村，居民們聽(tīng)到的也不過(guò)是一聲并不刺耳的悶響。若挑戰(zhàn)75分貝成功，未來(lái)就可以運(yùn)用X-59的相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)更大的120座級(jí)商用噴氣客機(jī)。X-59驗(yàn)證機(jī)激波模擬圖像圖片由王亞男提供（原標(biāo)題：超音速客機(jī)真要“返航”了嗎）來(lái)源：北京日?qǐng)?bào)客戶端流程編輯：TF063舉報(bào)/反饋

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