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2022-08-18 15:15
再次登上历史舞台的超声速客机,前景如何?

本文来自微信公众号:中国工程院院刊 (ID:CAE-Engineering),作者:Sean O'Neill,原文标题:《超声速客机计划再次登上历史舞台丨Engineering》,头图来自:视觉中国


2021年6月,美国联合航空公司(世界上最大的航空公司之一)与科罗拉多州丹佛的Boom超声速公司签订了一份购买合同,即美国联合航空公司将从Boom超声速公司购买15架大型“Overture”超声速客机,并计划后续再购买35架。为履行合同,Boom超声速公司必须首先满足美国联合航空公司对安全、运营以及可持续性方面的要求。


美国联合航空公司与Boom超声速公司的交易说明,大众对商用超声速客机的兴趣再次燃起。自从2003年饱受争议的协和客机退役后,天空就再也没有出现超声速客机的身影。对于某些人来说,时间极其宝贵,如果能让长途飞行的时间再缩短一半,那简直太幸福了。而Boom超声速公司认为目前的投入是值得的,原因是这些客户可以让公司持续运营。


除了Boom超声速公司,还有其他几家美国初创公司也在开发设计商用超声速客机。日本对超声速客机也表现出了兴趣:2021年6月,日本宇宙航空研究开发机构宣布了一项旨在于2030年前制造出超声速飞机的行业合作项目。


然而,目前只有Boom超声速公司一家商业实体完成了原型机生产,该原型机大小为“Overture”超声速客机的三分之一,名为XB-1(图1)。XB-1长约22 m,采用三角翼设计,机身由碳复合材料制成,被《时代》杂志评为“2021年最佳发明”。目前XB-1尚未试飞,在试飞时,会为该飞行器配备三台由美国通用电气公司生产的J85型涡轮喷气发动机,为其提供动力。


图1. 于2020年10月公开亮相的Boom 超声速公司的XB-1原型机,大小为计划生产的“Overture”商用超声速客机的三分之一。来源:Boom Supersonic(公共来源)。


Boom超声速公司提出的“Overture”超声速客机依然在研发阶段,劳斯莱斯汽车公司可能为其提供发动机。预计“Overture”超声速客机身长63 m,可承载65~88名乘客,飞行高度为18 300 m,飞行速度为1.7马赫。Boom超声速公司称,将于2022年开始建设“Overture”生产设施,于2025年前生产出第一架“Overture”飞机,并于2029年投入使用和开始载客。不过该计划可行与否取决于公司能否找到一大笔追加投资。


超声速飞机的航行之路耗资巨大,失败案例比比皆是,总部位于美国内华达州雷诺的Aerion Supersonic公司就是一个很好的例子。Aerion Supersonic公司于2004年成立,最近与Lockheed Martin公司以及GE Aviation公司达成合作,Aerion被视为一项极具潜力的超声速项目。但是在2021年5月,该公司宣布倒闭,没能生产出一架AS2商用喷气式飞机原型机。该公司称其难以获得飞机生产所需的更多资本投资。


超声速客机面临的经济问题非常严峻:燃料消耗高、载客人数少、票价高、航线有限,甚至连协和飞机的经济性也受到广泛质疑。


除了有限的航线外,商用超声速客机制造商还必须应对长期以来超声速客机存在的音爆问题。在超声速客机的飞行速度超过声速(当海拔高度为0时,飞行速度约为1239 km·h-1;当在巡航高度飞行时,飞行速度约为1062 km·h-1时,便会产生音爆。音爆是一种震耳欲聋、存在潜在危害的噪声。超声速客机产生的冲击波是产生音爆的原因。由于音爆的声音过大,美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)在1973年明令禁止超声速客机在美国上空飞行,并砍掉了大部分超声速客机市场,阻碍了超声速客机的进一步发展。


如今超声速方面探索的目标是,超声速客机在飞行时能安静些,让美国联邦航空管理局撤回禁令。美国佛罗里达州代托纳比奇的安柏瑞德航空航天大学(Embry-Riddle Aeronautical University)航空工程系主任兼教授Tasos Lyrintzis称:“这可能会改变游戏规则,很可能是实现超声速客机商业化的最后一步。”


Lyrintzis称,虽然试验模拟结果显示