“超音速客机想再次上天？处理音爆是主要问题”

本篇文章4654字，读完约12分钟

该科技信息8月31日，据国外媒体报道，距离世界首架超音速客机协和式飞机退役已有15年。 目前，包括初创公司在内的多家航空空企业开始行动，期待超音速客机再次飞上蓝天。

协和式飞机concorde alpha foxtrot年没有飞向蓝天，但看起来还是一架来自遥远未来的飞机。

(图:英国布里斯托尔航空空博物馆停放的alpha foxtrot协和式飞机)

一进入位于英国布里斯托尔的航空空博物馆，马上就会看到alpha foxtrot协和式飞机引人注目的性感线。 锐利的鼻子向后延伸，变成细长的机体，宽阔的三角状的翅膀微微向地面倾斜。 而且，流线型的机舱内隐藏着巨大的发动机和倾斜的尾翼塔，尾部逐渐变细集中在另一点。 协和式飞机的运营时间不长，但代表了一个时代惊人的技术进步。

如果你后悔从未乘坐过唯一的超音速客机飞越大西洋，那么你现在能做的只有乘坐阿尔法·福克斯特罗特飞机的客舱，以及分布在世界各地博物馆的其他协和式飞机，感受曾经的辉煌。

是的，你只是在体验。 但实际上，有几家企业正在努力使超音速商务旅行的梦想回归现实。 这个名单上有一些老牌航空空航天公司，比如洛克希德·马丁公司，也有不少初创公司。 但是，它们有共同的目标。 是设计比协和飞机便宜、安静、环保的超音速客机，将音爆带来的麻烦降到最低。 最后还有最多最复杂的，各个企业都以不同的方式开展着这项事业……但是，变化在空气体中，至少在跑道上。

处理低空音爆的问题

洛克希德·马丁企业制造第一架l-1011客机已经过去了近半个世纪，但该公司目前正在考虑回归商业航空空行业。 通过与美国国家航空空航天局( nasa )于4月宣布合作，该公司目前正在建设设计能够以超音速飞行的安静飞机的试验机。 该项目又称低音爆飞验证机( low-boom Flight Demonstrator，lbfd或x-59 quesst )，计划于2021年进行首次飞行，是超音速客机回归的第一次

图:洛克希德·马丁公司的低音爆飞机(也称为低布顿飞行器、lbfd或x-59 quesst )设计的巡航高度为55000英尺，巡航速度为1.4马赫。

洛克希德企业lbfd项目经理彼得·约瑟夫斯( peter iosifidis )表示，重要的是使超音速旅行在经济上成为可能，减轻陆地空飞机音爆的影响。 只有超音速飞行时更加安静，美国和其他国家的政府才会考虑制定立法规定，限制或完全禁止商业航空空进行陆上空超音速飞行。 这些规定限制了协和式飞机只能在纽约、巴黎和伦敦之间飞行，失去了世界客户群体。

他说。 “如果你没有低噪声的飞机，可以在海上实现超音速飞行，超音速飞机将限制在任意两个城市之间的飞行。 只服务世界三分之一人口的商业模式最终不会奏效……必须满足全世界所有的顾客。 ”。

为了缓解超音速飞机的噪音问题，洛克希德·马丁企业和美国国家航空空航天局承诺lbfd的音爆要比协和式协和式飞机发出的雷鸣般的噪音安静得多，他们反复表示，这个验证机的音爆是汽车门砰 对地面lbfd观测者来说，他们即使观察到什么，也不会注意到协和式飞机形成音爆的两个剧烈的压力脉冲，而是非常缓慢的气压上升。

约瑟夫·艾德斯说:“大气条件、背景噪音等其他因素有可能发生变动。” “(声音)可能连到底是声音破裂了，还是门砰的一声关上了都不知道。”

制造lbfd飞机的关键是外形设计。 长尖的机头、尖锐的侧翼和鸭翼形状的布局(放置在主体翼前面的小翼)，使飞机以超过马赫1的速度飞行时产生的单一压力波不集中，防止以前传来的声音破裂。 除此之外，lbfd和其他超音速飞机没有太大区别。 并不是用特殊的材料制作的，也采用了通用电气现有的f414发动机。

“声音的高度直接取决于飞机的形状，”约瑟夫·戴斯说。 “如果飞机再短一点，就不能像我们设想的那样分开冲击波。”

lbfd的鼻子很尖，驾驶舱总是没有广阔的视野。 因此，该验证机不使用挡风玻璃，而是使用被称为外部视觉系统的监视器，由美国国家爱航空航天局提供这样的系统。 事实上，协和式飞机的长鼻子也有同样的问题。 但是，设计者在着陆时低下鼻子，让飞行员可以看到跑道，绕过了这个问题。

美国国家航空航天局商务超音速技术项目经理皮特·科恩( peter coen )表示，在此次合作中，美国国家航空航天局的任务是使设计再次成为现实的通用技术。 至少在目前看来，最终谁用这个技术制造载乘客的飞机并不重要。

科恩说:“我们的目标是让超音速客机能够在任何航线上有效飞行，同时也兼顾环境。 我们在宣传这项技术。 航空空整个航天工业都希望利用这项技术制造出超过协和式飞机极限的成功产品。 ”。

图:飞机上发生音爆原理图

2006年，美国国家航空空航天局利用现有研究恢复了超音速飞机的声波衰减研究。 20世纪60年代以来，相关航空空设计和数学研究稳步推进。 第一步是建立长20英寸的lbfd设计模型，预测声音到达地面时的强度。

科恩说:“我们真正想要的是声音传到地面时的噪音尽量低。 我们发现了最好的方法……控制每个冲击波的强度和位置，使它们在强度上相对平衡。 ”。

洛克希德·马丁企业和美国国家航空空航天局计划明年在位于加利福尼亚州帕姆代尔的洛克希德企业鼬工厂建造第一个验证机。 鼬工厂以生产美国空军队最秘密的飞机而闻名，其中包括u-2侦察机、f-117夜鹰战斗机和sr-71黑鸟战斗机。

在为验证lbfd的适航性进行首次试飞后，洛克希德企业和美国国家航空航天局将在人口密集地区开始超音速飞行，飞机声学性能达到设计水平，收集公众对超音速飞机低空飞行的反应。 目前，这些测试计划将于2022年在爱德华兹空军基地附近开始。

科恩说:“我们真的希望得到尽可能广泛的应对。 我想知道重复超音速飞行的影响是什么”。

音爆问题

音爆是飞机超音速飞行时产生的冲击波。 如果飞机的飞行速度想超过音速，就不能绕过音爆。

飞行中，飞机推开空气体分子，产生一系列压力波，以音速( 1马赫)向各个方向移动。 当飞机的速度接近音速时，这些波的速度将无法超过你的飞机，它们开始被压缩，形成锥状的冲击波。 这就像船在水中移动的时候一样。 如果船的速度足够慢，船头发生得比船的速度快，停在船头前面。 但是一旦船开始迅速移动，波浪就不会前进，而是开始形成尾流。

飞机冲破声音障碍时，会发射冲击波锥，从飞机上向下和向后辐射到地面。 冲击波本身呈“n”的形状，气压突然上升，之后气压突然下降，之后再次恢复正常。 由于气压的变化，地上的人听到了两次很大的声音，这就是音爆。 飞机越接近地面，发出的声音越大。

一个常见的误解是，只有飞机冲破声音障碍时声音才会破裂。 相反，音爆是飞机在超音速飞行全过程中产生的连续效应。 所以，如果从纽约坐超音速飞机去洛杉矶，从头顶飞过时，飞行路线下的所有人都会听到巨大的轰鸣声。

由于音爆影响公众，干扰野生动物，打碎玻璃，摧毁古建筑，商业超音速飞行几乎从一开始就注定了最终的失败。 1964年，美国联邦航空空管理局( Federal Aviation Administration )在俄克拉荷马市进行了空的一系列测试，发现爆炸人口众多 在6个月中，空军机在白天发生了1253个音爆。

居民们最初想接受检查，但头两个月后有关投诉和音爆破坏的报告激增，最终项目提前结束。 反对音爆，特别是环保人士的反对，从那以后更多。 同样，协和式飞机于1969年开始试飞，7年后开始旅客飞行，在此期间面临着来自全世界的抗议。

关于商业超音速飞机的热潮

其他致力于恢复超音速商业飞行的企业采取了不同的做法。 总部设在波士顿的spike aerospace企业也在开发低音爆炸的飞机，s-512超音速飞机是可以容纳18人的商务喷气式飞机。

spike aerospace总裁兼首席执行官维克·乔利亚( vik kachoria )表示，他的企业选择开发小型飞机有两个原因。 因为商务人士比普通顾客更愿意坐超音速飞机，对设计的挑战也更小。 和lbfd一样，s-512零件的形状对减轻音爆的影响也起着很大的作用。

(图: spike aerospace企业开发的s-512超音速公务机可容纳18名乘客，预计2019年首次飞行。 ）

卡利亚说:“(要减轻音爆的影响)真的非常困难，特别是在大型航空空飞机上。 那么，对我们来说，处理方案是制造更小的公务机。 更小的形状、更短的长度和更轻的重量是减少声音爆炸的重要因素。

s-512计划于2019年首次飞行，其声音给地面带来的噪声应该不会超过75分贝，或者比普通通话音稍大。 相比之下，协和式飞机的音爆给地面带来的噪音约为105分贝。

卡乔里亚说:“(以前传来的)声音的爆炸可能有点不安，但特别是在你没有料到这一点的情况下。” “在航空展上，你准备得很好，所以这个很感兴趣。 ”。

回到内华达州雷诺市，aerion supersonic企业也选择了开发公务机，但这架飞机没有象征性的低音爆炸观设计。 与此相对，aerion supersonic公司开发的as2公务机利用被称为“马赫切速”的现象，能够在不引起音爆的情况下以1.2马赫的速度飞行。

在以马赫切速度( aerion，这称为防震巡航)飞行的过程中，如果冲击波进入巡航高度以下的温暖大气层，则会向上方折射。 企业表示，这样的方式意味着as2的成功不依赖于尚未验证的低音爆炸设计技术。

爱立信企业执行董事兼首席执行官布赖恩·瓦伦茨表示:“东盟企业提高飞机效率的关键是先进的机翼技术，可以比较有效地减少阻力和燃料消耗。”

(图: aerion supersonic企业的as2公务机利用被称为“马赫切速”的现象，可以在不引起音爆的情况下以1.2马赫的速度飞行。 ）

目前，爱立信公司正在与洛克希德公司合作设计as2，计划于2023年首次飞行。 科罗拉多州的初创企业boom technology说，研制出可以搭载55人的超音速飞机，超音速飞行时会比协和式飞机安静30倍。

boom多次拒绝采访，或者透露越来越多的计划细节。

在繁荣之前

但是，低音轰炸机在美国也面临着巨大的障碍:自1973年以来，美国联邦航空空管理局( Federal Aviation Administration )在美国的超音速/ [/K0 ] 首先，该机构需要明确音爆所能接受的噪音水平，各企业必须说明飞机的噪音不会超过这个水平。

美国国家航空空航天局的科恩表示，希望美国联邦航空空局的规定更能满足国际民航空组织( icao )关于音爆的相关要求，但美国以外的许多国家都遵循了这一规定 事实上，国际民航空组织并没有完全禁止在陆地空上超音速飞行，而是禁止地面上传递的噪音太大。

(图:协和式飞机最终因价格过高、噪音过大而退役，但却是优雅美丽的超音速飞机。 ）

“我们希望用更高的认证标准取代禁令。 就像现在用于起飞和着陆噪音的认证标准一样。 本质上，如果飞机比这个安静，就可以解释它，并得到认证。 ”。

美国联邦航空空管理局没有讨论政策的变化，但是根据去年的联邦航空空管理局再授权法，国会要求重新开始民间超音速飞机业务。

虽然这个过程需要十年，但约瑟夫斯说，如果美国航空空行业想保持竞争力，政府必须多次做到最后。

他说:“政府有责任自愿推翻这项禁令，向新的超音速飞行商业市场开放国内航空空业。 如果我们不这样做，其他国家这样做只是时间问题。 ”

来源：安莎通讯社