空客的超音速客機長成了「四不像」？

08-07

21世紀的第一個10年後，商業超音速飛行器再次被提上議程，美國宇航局、波音、洛克希德·馬丁、空客、達索等都提出了不同的方案，從大型寬體客機到小型公務機，超音速飛行的觸角再次進入商業航空的各個領域。

　　1947年，美國試飛員耶格爾所駕駛的X-1驗證機實現了人類歷史上第一次突破音障，到目前為止，超音速飛行已經非常成熟，但仍然局限于軍用飛行器。民用航空器的超音速飛行於2003年全面被終止，一代天驕「協和」式客機退出現役，完成了第一代商業超音速飛行。21世紀的第一個10年後，商業超音速飛行器再次被提上議程，美國宇航局、波音、洛克希德·馬丁、空客、達索等都提出了不同的方案，從大型寬體客機到小型公務機，超音速飛行的觸角再次進入商業航空的各個領域。

協和式客機是第一種成功的商業超音速客機

空客超音速客機方案

　　近日，空客公司首次曝光了自行研發的超音速客機設計藍圖，結合了英法第一代協和式客機的氣動，使用三種不同的發動機構成獨特的推進系統。根據空客公司的介紹，這款超音速客機可實現4.5馬赫的飛行速度，是協和式客機的兩倍，大西洋航線只需要一個小時就能完成。從圖中可以看出，雖然空客公司的超音速客機體積很大，但載客量很小，僅為20人左右，屬於一種商務超音速客機。空客公司認為自己的方案不僅符合空氣動力設計，還實現了控制控制音爆的技術。

空客公司首次曝光的超音速客機效果圖

搭載了三種不同型號的發動機以實現4.5倍音速飛行

空客方案的繼承與缺陷

　　不過，從效果圖上看，空客的驗證方案與美式客機有著非常大的區別，同時也與協和式客機差別較大。美式超音速客機幾乎都使用了發動機後置，機身的空間都用於載客，燃料也分布在機翼油箱或者機身下方的中央油箱。協和式客機也使用了類似的動力系統布局，將渦噴發動機弔掛在機翼下方，可最大化節省機身空間。但空客的概念圖卻把發動機安裝在機身位置，更是採用了可收放的設計，因為空客在這款超音速客機上安裝了三種發動機，分別是起飛時使用的渦噴發動機、爬升加力時使用火箭助推。以及巡航階段的衝壓發動機。空客為了實現4.5馬赫的飛行速度，將超音速客機打造成了火箭，中置燃料箱就位於乘客座艙的後方。

協和式客機使用了無平尾氣動，四台帶加力燃燒室的渦噴發動機位於三角翼下方

　　從繼承性上看，協和客機顯然要比這個方案來得優雅，方案中採用了修改過的三角翼，這也是超音速客機普遍使用的機翼。協和式客機、圖-144客機、波音早前提出的「音速巡航者」方案中也有類似的設計。別出心裁的是，空客方案的飛行速度非常快，4.5倍音速是目前超音速客機中最快的，接近高超音速的飛行範疇，在吸氣式動力前提下，目前也僅有少數幾種處於驗證階段的高超飛行器能夠實現。三種發動機的配置使得空客的超音速客機在新一代音速巡航方案中顯得獨樹一幟，對於乘客而言，在加力爬升階段有些像坐火箭的感覺，與協和渦噴發動機全部後置相比，空客方案的噪音一定不小。

波音曾經提出的音速巡航者，機身線條優美，載客量比空客要大

美式超音速客機項目進度更快

　　在當前主流的超音速設計方案中，空客的超音速客機為了追求4.5馬赫的速度，增加了動力系統的複雜性。事實上，發動機仍然是目前超音速客機研發的難題。在超音速客機上使用火箭發動機雖然可提供足夠的爬升推力，但是火箭燃料的存儲也是個問題，這種方案多用于軍用飛行器，比如達索公司幻影IV的火箭助推。事實上，渦噴發動機是高空高速性能較好的動力類型，在波音和洛克希德的方案中都有廣泛的使用，至少降低了動力系統臃腫的特點，發動機翼下後置的特點能夠降低工作時噪音和震動對乘客的影響。

NASA風洞中的一種超音速客機方案

　　在氣動方面，不論是空客還有美式超音速客機，基礎氣動相差不大，只是對機身的修形存在不同點，因為經風洞測試後可繪製出機身各個部位產生的激波情況，這也是超音速客機設計的關鍵之處，不同激波位置存在相位上的差異，如果讓多道激波相位產生干涉，就能夠達到降低音爆的效果，讓超音速飛行更加安靜，從陸地上空飛過時不會對地面形成音爆干擾。相比之下，美式超音速客機的氣動更加成熟一些，波音很早就在NASA格倫研究中心進行了氣動測試，第一階段主要攻關100至150座級的超音速客機，同時NASA近10年來也在研究商業超音速客機的相關技術，比如與通用電氣合作測試低噪音的發動機尾噴管等。由此看出，雖然英法的超音速客機的設計上更早，但美式超音速客機方案更加成熟。

俄羅斯設計的圖-144後續機型

　　除了波音和空客這樣的商業航空巨頭外，一些直線客機的製造商也開始窺視商業超音速飛行領域，它們主打的是超音速公務機。空客前不久提出的方案也屬於超音速公務機行列，但機身卻異常龐大，與一些小巧造型的超音速公務機相比，仍然有一定的差距。波士頓Spike Aerospace公司設計的S-152超音速公務機可搭載18名乘客，飛行速度1.6馬赫，是超音速公務機的典範之一，報價6000萬至8000萬美元之間，預計在2018年之後試飛。除此之外，還有美國Aerion公司與空客、NASA合作研發的Aerion AS2超音速公務機，最高速度為1.5馬赫，超音速公務機有望比大型超音速商業客機更早服役。