研發超音速客機的難點主要有哪些？

01-04

看到一則關於協和 2 號的傳聞：

An Airbus design for a successor to Concorde will fly at 4.5 times the speed of sound and get passengers from London to New York in one hour flat. | The Independent ? New "Concorde 2" could fly from London to New York in an hour

很想了解超音速客機尤其是在安全性、舒適性方面的挑戰是什麼？以及噪音和環境污染問題有哪些？

主要難點是聲爆和氣動效率，以前做過一些這方面的工作，且容我慢慢道來。

一、超聲速客機的發展

民用飛機的交通特點是「快捷，遠距離，方便，舒適」。自從飛機成為人們的交通工具，它給人類生活帶來了極大的變化。今天，民用運輸機已經成為人類日常生活中不可缺少的交通工具，尤其是遠距離或跨洋旅行，1953年，國際航空運輸協會（IATA）發布公告，全年空運人數首次超過5000萬人次；1958年，乘飛機飛越大西洋的人數第一次超過坐越洋輪船的人數；1987年，全球搭乘飛機的旅客首次超過10億人次；2015年有望突破40億人次。

一直以來，人們都對超聲速客機非常感興趣。自從20世紀50年代末進入噴氣式客機時代，波音707、DC-8、「快帆」等噴氣式客機趨於成熟後，國際民航界就不斷追求飛行速度的提升，對超聲速運輸機市場前景也十分樂觀，飛機製造公司和設計師又把注意力放到超聲速客機身上。如果民航客機能夠實現超聲速飛行，將使飛機速度提高兩倍以上，大大縮短長途飛行的時間。20世紀60年代初，英國/法國兩國開始聯合研製協和超聲速客機，美國也開始研製波音2707和洛克希德L2000超聲速客機(未投產)。但是超聲速客機的命運並不像亞聲速客機那樣一帆風順。經過了近二十年的努力，只有兩種超聲速客機在航線上使用。這就是英法聯合研製的協和號超聲速客機和前蘇聯的圖-144。

1.協和號超聲速客機

協和號（Concorde）超聲速客機是世界上唯一投入航線上運營的超聲速商用客機。其由英法兩國聯合研製，設計主導者是Mr. Lucien Servanty，這種飛機一共只生產了20架，其中僅有16架投入運營。它的最大巡航速度可達2.02馬赫，最大巡航高度可達18300米。協和飛機於1969年研製成功，並於1976年1月21日投入商業飛行。英國航空公司和法國航空公司曾使用協和飛機運營跨越大西洋的航線。

從1969年第一架協和超聲速客機誕生到1976年1月21日投入商業飛行，再到2003年10月24日，協和式飛機執行了最後一次飛行，全部退役，協和號走過了它光輝的34年歷程。

飛機機翼設計為前緣S形的三角翼，飛行速度可以更快，且能有效降低超高速抖動時的問題。協和號四具引擎更配備了一般在戰鬥機上才看得到的後燃器。

協和號超聲速客機

2.Tu-144超聲速客機

自從20世紀50年代進入噴氣式客機時代，國際民航界就不斷追求飛行速度的提升，對超聲速運輸機市場前景也十分樂觀，20世紀60年代初，英法兩國開始聯合研製協和號超聲速客機，美國也開始研製波音2707超聲速客機(未投產)。在當時的環境下，蘇聯政府決定馬上研製超聲速客機。前蘇聯的著名飛機設計師圖波烈夫受赫魯曉夫指示，要求儘快研製出超聲速客機。

Tu-144是前蘇聯的圖波列夫設計局研製的超聲速客機。Tu-144超聲速飛機採用下單翼結構，狹長的雙三角翼，無水平尾翼，四台發動機也分別下掛在機翼下側。而且Tu-144的機頭兩側起降使用的的細條鴨翼是「協和」沒有的。圖-144是世界上最先首飛的超聲速民航客機。1968年12月31日圖-144原型機首次試飛，1975年12月26日先於「協和」號開始服役。1977年11月開始客運飛行，1978年6月1號停止客運飛行。由於一系列的技術問題，Tu-144發生過空中解體等嚴重事故，造成Tu-144隻做了短暫的客運飛行。1984年，Tu-144退出航線。從技術和商業角度來講，Tu-144都是不成功的。

Tu-144超聲速客機

回顧歷史，可以看出超聲速旅行技術在曇花一現後沉寂是歷史的必然。上世紀六七十年代，航空界氣動設計仍停留在面元法的水平上，大規模的計算流體力學尚未得到應用。結構設計仍以常規金屬材料為主，複合材料仍在萌芽之中。航空噴氣發動機是第一代水平，推重比小，耗油率高。在這些基礎上設計出來的超聲速客機是不成熟的產品，難以與較為成熟的高亞聲速客機在激烈的航空客運市場中競爭。另一個更為關鍵的原因是，第一代超聲速客機在設計階段並未考慮到環境相容性，包括廢氣排放和各類雜訊問題，聲爆問題在當時更是無法解決。

此後波音公司於2001年提出聲速巡航者（Sonic Cruiser）概念聲速客機，其設計速度比現有不少民航客機快，接近聲速的水平。但由於設計難度太大，該計劃在耗費了數十億美元後被迫下馬，最終只停留在圖紙上。

二、超聲速客機現狀及分析

儘管「協和」超聲速客機由於耗油率過高、航程較短、雜訊污染嚴重和設計缺陷等技術問題停止運營，但因越來越多的人希望在更短的時間內達到更遙遠的目的地，超聲速客機將會繼續發展。「協和」停飛之後，人們嘗試了很多超聲速運輸機項目，但都沒能夠實現商業化。然而，人們進行超聲速旅行的夢想從未停止。

近些年來，與超聲速客機相關的各種基礎技術突飛猛進：大規模的計算流體力學已經是航空界的常用技術，氣動設計水平比起上世紀七八十年代已經有了長足的進步，已經具備了設計升阻比更高、聲爆水平更低的氣動外形的能力。在結構設計方面，由於以複合材料為代表的新材料、新工藝的大量應用，現在可以設計出更輕、更堅固的結構。發動機技術的進步也給低油耗、低排放的飛機帶來了可能性。在環境方面，各種新技術的使用使得現在的飛機更安靜、更省油、更清潔。航空領域的快速發展為超聲速客機的實現提供了可能。在這種背景下，已經沉寂多年的超聲速客機又重新引起了世界各航空強國的關注，出現了對新一代低聲爆環保型超聲速客機的的研究熱潮。

但與上世紀六七十年代熱衷於設計大型超遠程超聲速客機有所不同，目前這一輪超聲速客機的設計熱潮集中在超聲速公務機上。航空工業界普遍認為，目前的航空設計水平尚不足以設計生產出經濟、環境上能承受的大型超聲速客機，但對於小型的載人超聲速公務機，其體積、重量與目前的超聲速戰鬥機、轟炸機接近，航空界具有比較豐富的經驗，技術難度也較小，實現的可能性很大。特別是對於大型超聲速飛機難以避免的聲爆問題，由於聲爆與飛機尺寸和重量密切相關，超聲速公務機的聲爆水平比大型超聲速客機小很多，可以避開設計難題和適航的問題。所以當前有多個國家和公司開展了超聲速公務機的研究，提出了新的超聲速公務機設計方案。

以製造俄式高機動性超聲速戰鬥機著稱的蘇霍伊與美國的格魯曼合作，首先提出超聲速公務機的概念。該型號稱作S-21。

蘇霍伊和格魯曼合作的 S-21 超聲速公務機方案

SAI（Supersonic
Aerospace International）公開的方案為採用箭式機翼的雙發噴氣機，採用鴨式布局、高位海鷗式機翼，以及一個將機翼和機翼下發動機吊艙與後機身連接起來的倒V型尾翼。

SAI的超聲速公務機想像圖

達索公司目前正領導一個有37個成員的團隊進行一個由歐洲委員會資助的高速飛機研究項目，目的是克服小型超聲速飛機設計中面臨的環境約束，通過多學科優化技術，綜合採用材料、推進、氣動等方面的最新技術進步，解決雜訊、污染和效率問題。下圖展示了項目中設計的飛機模型。

以上是我個人的一些工作成果，未經許可，禁止轉載，謝謝合作。

參考文獻

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難點？

難點在於乘客的荷包與高空公司的票價

謝邀

1. 經濟性

一般亞聲速客機的升阻比都在20左右這一量級，超聲速飛機一般超不多10。超聲速客機為減租通常機身細而長，載客量明顯小於亞聲速寬體客機，因此使用成本很高。

2.雜訊

傳統超聲速飛機當超聲速飛行時會產生巨大的聲爆，給地面帶來很大的雜訊，因此協和過去被要求只能在海洋上空超聲速飛行。現在關於低聲爆的研究目前已開展了許多，個人印象美國和日本有過許多研究報道。

3.其他

超聲速飛機通常起降性能不好，需要更長的跑道。

另外，題主這張圖明顯是某些媒體P出來拿來騙人的，從技術角度沒啥合理性。

蟹妖

現階段超音速灰機的退役主要原因是兩個：

1.不經濟（尤其在現今廉航繁榮的年代）

2.不環保（包瓜噪音和燃效還有排放等方面）

所以再稍稍出現一點安全隱患（協和墜機）什麼的立即就成了壓死駱駝的最後一個稻草

其實協和這麼大的超音速客機機體內的空間依舊是非常局促的

噪音方面可以通過安裝消音器來解決

比如：（圖侵刪）

單位乘客燃效方面（即便再開發新引擎新技術但）肯定會低於現階段的大涵道比的渦扇

偶認為以後超音速客機的發展方向是向公務機發展

只會出現中小體量的超音速公務機以滿足對速度（旅行時間）特別敏感的金主

短期內面向大眾的以盈利為主的航空公司應該不會對大型超音速客機抱以太多的興趣

他們其實更重視的要麼是頭等艙和公務艙市場（差異化服務，盈利能力高）

要麼是乘客流量大（各大廉航）行李單獨收費

但本質還是利潤最大化

而超音速客機的引入會顯著的增加其運營成本降低其利潤

沒有需求。

超音速客機的速度優勢在洲際航線上才能體現出來。

但是洲際航線旅客偏偏是對時效並不敏感——畢竟沒有幾個人天天出國旅行，去一次就要呆很久，慢幾個小時快幾個小時差別不大，反而價格是更重要的。

而超音速客機註定價格要比亞音速科技貴3倍以上，本來洲際機票價格就不便宜，再漲3~4倍誰受得了？

所以，在當今社會生產力下，超音速客機沒有實際的市場需求。

簡單答下吧

安全性，主要從動力和構型來說，超音速飛行，發動機可靠性要求很高，否則發動機失效將比亞音速飛機更危險，concorde的那種適合超音速飛行的三角翼，如果發動機失效，滑翔不了太遠，而且穩定性比較差。構型上，跨音速和超音速，空氣動力學都會發生很大變化，需要做大量的實驗驗證，理論，風動，試飛，民航機和軍機對音速飛行的要求也不一樣，民航安全經濟就好。

舒適性的挑戰就是，支持音速飛行的發動機，噪音比較大，所以之前的協和都是飛大洋上空的航線。

至於這種飛機，如果真的實現了，市場還是面向高端客戶，一個是高價，還有高端客戶的時間成本高吧。人家是不會去坐的呢。。。。

把題主的問題分為兩類。

第一類是安全性。

第二類是題主提到的舒適性、噪音和環境污染等。

沒有參與過客機的研製，只當過乘客。還是發現對客機來說，安全性才是要命的東西。

安全性怎麼來？飛機這個系統的高可靠性和設計正確才能保證安全性。

工程實現上，達到每天讓幾百人以性命相托的高可靠性，這才是難上加難。

具體列舉幾點：

1）氣動、總體、性能、發動機、控制、結構、材料、電氣、液壓、環控，等等，專業很多，全國甚至全球協作；

2）整機、系統、部件、零件、器件，從粗到細，一個巨大的產品鏈，全部層級都要過硬；

3）論證、需求、設計、實現、集成、試飛、保障，全壽命周期工程過程要科學合理；

4）合適的利益關係，讓億萬參與者的每一個人或工程狗都能收入與付出匹配，才能做好每一個環節，不能是「托馬斯你差不多就行了，多干又不多拿錢」，也不能「湯姆關係硬升職部長了」；

5）等等。

飛機圓潤的外形很容易讓人忽視其複雜。貼個飛機發動機剖視圖（來自百度），可以類推想像一下飛機整機的系統複雜度。

再強調一下，工程實現的難度高，這個比較容易體會；然後再貫徹性命相托的高可靠性，才難上加難，相對難體會。你可以預想做一下自己要天天坐的飛機的研製策劃，可能更能體會。

如果不是客機，也就是去掉性命相托四個字，只有視死如歸的戰士，或者無人，對中國現有的工業水平來說，還是必須能搞定的。超音速不是什麼了不起的事，很多從業者甚至就沒有搞過亞音速的飛機。不包括高超，那個還是有難度。

安全性之外，都不是事兒。

就只剩下錢和需求的問題了。

其他幾位回答者已經說得很好了。

補充一句。

地球就這麼大，通訊也這麼發達，普通人確實沒有太大必要飛那麼快。

可能只有軍人和炸彈需要飛得快，甚至高超音速。湯姆家不就在搞1小時全球打擊嗎？像這個百度圖上的。

以航空公司的尿性，無限接近一馬赫的高亞音速的飛機只多十幾個百分點的油耗他們都接受不了，但考慮到他們的錢都去分期付款去了，也就可以理解。

拿紐約到倫敦的航線來講，8小時的飛行時間，能保證商務乘客趕上第二天九點精神煥發的出現在公司就可以了，飛行時間縮短到4～5小時其實也不是那麼迫切。乘客來講，第二天到倫敦，晚上七點上飛機和半夜十二點上飛機沒什麼區別，為這幾個小時你讓我掏幾倍的錢就是不行。。。

所以飛機製造商都默默的把資料鎖進了保險箱，。

經濟性和環保不可忽視，設計上高效率的發動機，氣動外形，油箱的科學配布，整體結構強度都是設計時需要突破的障礙。但個人認為對於超音速客機安全性因素的考量也屬於一個要點。自從法航協和客機空難15年來，各種超音速客機的設計和研製計劃有很多，但真正上馬的幾乎沒有，為了獲得公眾的信任，現在的飛機製造商想要拿出一個投入運營的超音速客機機型，需要花比普通機型多得多的時間精力去驗證其安全可靠性，而且要讓普通大眾和市場逐漸接受高速客機高速航線，一點點失誤都會重蹈協和公司的覆轍，因此雖然滿懷期望，但這還需要很長的路要走，

在世界上早在60年代就已經出現了超音速客機。比如，協和式英法合作研製的超音速客機。但是因為種種原因於被淘汰掉。首先從技術角度來看主要受一下幾方面影響：

1.飛機的氣動布局

2.飛機的機體強度

3.突破音障噪音隔絕能力

4.飛機的續航能力

5.飛機的隔熱能力

其次從生活角度來看：

1.超音速飛機的安全性尚未得到過多實踐。

2.客機的舒適度不是很好。比如噪音問題

3.飛機運營維護成本增加，客機使用年限降低，機體結構老化問題難以解決。

4.飛機的顧客層要求過高，票價過高。

總結一下吧太複雜的不是我的專業

在我看來有兩個難點

材料：（包含飛機上從外殼到座椅螺絲釘所使用所有材料種類）：能不能經受住加速度外殼於空氣摩擦導致的高溫飛到高空後又會立刻遇到低溫還有就是題中所說的噪音問題。

燃料：用於建造超音速大型客機那燃料的消耗成幾十倍於目前的超音速戰鬥機現在客機的飛行距離固定不變油箱就會變的十分巨大導致增加很多重量and體積

反過來如果油箱體積按照現行設計不變那客機的飛行距離就會大大縮短想像一下飛機五百公里加一次油是什麼感覺

以上兩個難點，任何新的飛行器在研發過程中都會遇到。但如果是超音速飛行的話，這解決這兩個問題的困難程度會成倍放大。如果是客機的話，難度再翻幾十倍。

題主所說的安全性、舒適性噪音和環境污染這些問題基本上都是由上面兩個難點所產生的。

其他的機械方面設計會不斷改進屬於人為可控的部分（相對）但是材料和燃料的問題是基礎的基礎也是重中之重

至於之前有人回答的經濟性啊不利於推廣啊沒有需求啊這些..........真的不是研發人員該去想的

還是那句話開發人員不要去質疑產品

不經濟不舒適，當年協和的客艙寬敞度還不如現在大巴。

謝邀。我不是總體設計的，對此確實不懂，也懶的搜索了。

大概想來，與機身結構強度和發動機的性能關係最大。而不會是噪音和環保。技術難題吧。