臭鼬工廠又曝「黑科技」：超聲速飛行產生的音爆將不會被聽到

07-29

美國《航空周刊》網站2016年6月7日刊文稱，2016年初，NASA提出了未來10年投資106億美元的X系列驗證機開發計劃。其中，超聲速低聲爆X驗證機成為最先啟動的項目。NASA將通過該項目研究公眾對低聲爆的接受程度，獲取足夠的飛行試驗數據以說服適航當局解除在大陸上空進行超聲速商用飛行的禁令，從而使人類重返超聲速運輸時代。

NASA計劃研製的超聲速驗證機被稱為「安靜超聲速技術低聲爆飛行驗證機(QueSST)」。NASA已經授予洛馬公司臭鼬工廠一份價值2000萬美元的合同，要求後者開展QueSST的初步設計，並在2017年6月進行初步設計評審(PDR)。然後，NASA將採取公開競標的方式選擇製造商開展QueSST製造工作，2019年9月完成QueSST首飛。QueSST項目成本預計為3億美元。如今，洛馬公司臭鼬工廠正在緊鑼密鼓的開展設計工作，已經提出了初步優化的方案。

QueSST驗證機的目標是針對未來100-120座超聲速客機的設計工具和方法進行驗證，但項目成果近期可直接應用於超聲速噴氣公務機。

NASA商用超聲速子項目負責人戴夫·里奇萬(Dave Richwine)認為，降低聲爆的技術已經就緒。他表示，成功控制產生聲爆的激波的強度和分布將會給美國提供一個「在新類別飛機製造市場成為領導者」的機遇。NASA認為，QueSST項目的研究成果將開啟一個新的飛機市場：2025年後，市場需求350-500架超聲速噴氣公務機和500架以上的超聲速客機。

洛馬QueSST方案的主要參數

前不久，在NASA阿姆斯特朗飛行研究中心舉行了標準聲爆和較安靜聲爆聲壓級的對比測試活動。研究人員首先對一架F/A-18飛機從觀察者頭頂以Ma1.2的速度直飛而過的可感雜訊分貝進行了測試，結果為104分貝;然後，採用這架飛機從幾英里外的愛德華茲空軍基地以特殊的低聲爆俯衝機動朝觀察者飛來，測得了4次較低的聲爆等級，最低的為77.5可感雜訊分貝，這個數值僅比QueSST的75分貝目標高出一點。執行此次對比飛行的是NASA首席研究飛行員尼爾斯·拉爾森。他駕駛F/A-18在12000米高度以53-54度向下俯衝，達到9000米左右以3.5g的過載拉起飛機，然後加速爬升到12000米高度時達到Ma1.1。

雖然通過一定的機動軌跡可以降低聲爆，但傳統超聲速飛機無法完全消除N型激波，因此洛馬對QueSST的外形進行了優化設計希望消除機頭、駕駛艙、發動機進氣口、機翼、尾翼等部位產生的激波，並阻止激波在傳向地面的過程中聚集從而產生較大的聲爆。接近30米長的QueSST驗證機的設計目標之一是產生可感雜訊級僅為75分貝的正弦型激波，使得激波「柔軟地撞擊」地面而不產生聲爆。相比之下，協和號超聲速客機產生的N型激波則會伴隨著「砰、砰」兩聲猛烈撞擊地面，可感雜訊級高達105PLdB。

洛馬公司QueSST項目首席工程師邁克爾·布艾諾表示，「QueSST驗證機單發設計成本非常低，還有一些特色的部分，比如包括鴨翼在內的多升力面設計，最小T尾和全動平尾結合等」，這些設計都是為了優化升力分布，減小產生激波的強度以及避免激波的聚集。

洛馬QueSST方案的主要特徵

洛馬QueSST方案的機頭和前機身較長，加上固定鴨翼，飛行員的視野勢必會受到一定的影響，對飛機的安全飛行不利，因此駕駛艙需要集成外部視景系統。布艾諾表示，洛馬在駕駛艙集成了用來進行環境「感知和規避」的高清電視攝像機和一套基本起降視景系統。高清攝像機拍到的圖像將會被投影到多功能顯示器上，這個顯示器可能和F-35的相同。

2016年6月1日，NASA開始了QueSST驗證機系統需求評審，今年11月還將進行QueSST驗證機初步設計預評審技術交流會，這個會議的目的是希望告知工業界QueSST驗證機項目目前的進展。當初NASA授予洛馬進行QueSST驗證機初步設計的合同時就已經約定，這個項目的數據是完全公開的，工業界可以分享這些數據，如果洛馬不再繼續進行研究，其它研究團隊可以在此基礎上繼續進行研究。

正式的初步設計評審將會在2017年6月進行。洛馬公司目前正在尋找風動模型製造商，並進行下一步的工作分解，預計風洞試驗可能會在今年冬天到明年上半年開展，試驗地點選在NASA格林研究中心8*6英尺高速風洞。這個風洞的尺寸和風速範圍都非常理想，除此以外，洛馬也有在自有風洞進行低速試驗的計劃。

目前，洛馬還需在一些系統問題上做出最終選擇。雖然目前基線發動機選擇了GE F404，但對於飛行高度更高的超聲速民機來說，或許選擇F404的改型版更好。

在2017年6月PDR結束後，NASA將選擇一個團隊製造和試飛超聲速X驗證機，預計的首飛時間會是2019年晚些時候。研究聲爆的飛行試驗將從2020年開始，最終將會邀請國際團隊加入。同時，在美國內部的公眾飛行測試也將開展，計劃在2021-2023年間選擇4-6個不同地理環境、氣候和人口密度的地區的上空開展超聲速飛行試驗。

文章來源：航空工業信息網