超音速客机：何时能够到来？

 在1947年，美国空军上尉就已经实现了超音速飞行。之后超音速飞机成了各国空军争相研发的飞机。然而超音速客机却难以获得成功。历史上曾有过一家超音速客机。法国的协和超音速客机。最终这架超音速客机因为噪音问题无法解决而停止了继续生产。自此超音速客机也被束之高阁。

近日空中客车公司曝光了一款超音速客机方案，引发了人们对超音速旅行的期待。空客和波音现有的商业客机都属于亚音速航空器，而此前能实现超音速飞行的协和与图-144客机都已经退役。值得注意的是，这款超音速客机在美国专利和商标局进行了专利申请，说明空客方面的设计方案与波音、美国宇航局的设计存在许多不同点。亮点在于，他们使用了组合式动力系统，能够实现最快4.5马赫的超音速飞行。这意味着从伦敦飞纽约这样的跨大西洋航线，只要一个小时就能够完成。

空客超音速客机有点儿丑

空客超音速客机方案的亮点在于使用了非常醒目的三角翼。从上方看，有点儿像巨大的龟背。三角翼的设计在几款大型超音速航空器中非常普遍，比如协和式客机、图-144以及XB-70等。NASA格伦研究中心透露出的几种超音速方案，基本都使用了三角翼及其延伸气动布局。空客公司的专利申请文件中也详细写明了使用上单翼布局的哥特式三角翼，还有特殊设计的安定翼面，构成了这款超音速客机的基本架构。

作为空客全球的竞争对手，波音也正在酝酿超音速客机。在波音的战略中，不仅有大型超音速客机，还有迷你型的超音速公务机，能够满足不同收入人群的需求。总体上看，波音公开的几款风洞模型在外形上都非常前卫，有的还使用了前置鸭翼。下图显示的是美国宇航局格伦研究中心中，一种设计方案在8英尺×6英尺超音速风洞中正在进行吹风。空气动力学专家可对这款气动进行评估，尤其是超音速气流在吸气式发动机进气口的变化。

NASA格伦研究中心8×6英尺的超音速风洞中正在吹风的超音速客机方案。图片来源：NASA

动力系统别出心裁

空客的方案之所以有点丑，原因除了有一副巨大的三角翼安置在浑圆的机身上方外，还有错综复杂的动力系统。根据空客方案的图注，这款超音速客机上有3种不同的动力，分别为火箭发动机、涡轮喷气发动机以及冲压式发动机。3种发动机在飞行剖面的各个阶段有着各自的工作时间，比如当客机起飞时，使用涡轮喷气发动机推动，抵达音速时由火箭发动机继续推进，高度爬升至3万米。此时客机已经处于超音速飞行状态，之后会启动冲压式发动机，以4.5马赫的巡航速度飞行。

为了满足3种动力衔接使用，空客这款超音速客机的机身显得相当臃肿，与波音的方案体现出的优美曲线形成了鲜明对比。更重要的是，3种发动机需要完美配合才能实现一次成功的超音速之旅，这就增加了动力系统的复杂性。一旦某个发动机出现故障，就得放弃超音速飞行，甚至增加了飞行的危险性。况且机身中部放置一个巨大的氢燃料箱，不知前面的乘客是何种感想。

空客方案使用了3种发动机，分别为火箭发动机、涡轮喷气发动机以及冲压式发动机，动力系统较为复杂。图片来源bbc.com

超音速客机研发遇到的难题

协和式客机退出舞台的原因之一是噪声问题，这也是当前超音速客机研发的技术瓶颈之一。美国本土目前仍然禁止商业超音速飞行，随着城市扩张，民用机场已经非常接近城区，超音速飞行产生的音爆对地面的影响不容忽视，因此协和式客机只能执行大西洋航线，反正在海上产生音爆也没人抗议。目前NASA资助的几个超音速飞行项目以攻克音爆为主要方向，比如威尔实验室的湍流对超音速飞行音爆形成的影响、霍尼韦尔公司的减缓音爆技术等。

美国宇航局的音爆解决方案与空客的有些区别，前者使用了针状鼻锥和先进的机体蒙皮来控制噪音，而在空客公布的想象图上，并没有看到类似NASA的音爆抑制方法。此外，麻省理工还对超音速客机巡航对平流层的影响进行研究，涉及到高空排放问题。军用超音速飞行器在巡航过程中一般较少进行超音速飞行，而商业客机一旦具备超音速飞行能力，那么这条航线上噪声和大气排放问题将变得更加突出。

NASA测试的安静飞行技术示范，在试验机雷达罩前安装前伸装置，减少超声速飞行时产生的初始冲击波。图片来源：NASA

到目前为止，开发下一代超音速客机的计划仍然集中在美国和欧洲。空客的超音速客机方案载客量较低，仅为20人，面向对跨大西洋飞行有着强烈时间紧迫感的商务人士。美欧之外，俄罗斯也有超音速客机的研发计划。俄罗斯中央空气流体力学研究院与苏霍伊设计局联合推出了SBJ/ SPJ项目，拥有20座和80座的不同版本，巡航速度1.8马赫。

不过，这些超音速客机的方案仍然处于研发阶段，NASA、波音以及洛克希德·马丁的几个概念方案已经进入风洞测试，空客和俄罗斯的进展相对缓慢。保守估计第一架超音速客机的原型机在2020年前出现的可能性不大，至少要等10至15年之后了。