百年飞行梦，从莱特兄弟到超音速飞机
浏览次数：5472 添加时间：2018/10/29 来源：美国明石财富管理

本文编译自航空业专业杂志《Australian Aviation》想投资下一个独角兽？超音速飞机稀缺投资机会，现已开放！

追溯历史

当莱特兄弟于1903年首次飞行时，他们在天空中仅停留了12秒飞行了37米。如今百米飞人尤塞恩博尔特能以三倍的速度跑完其三倍的距离。有意思的是，这具有历史意义的37米的飞行距离也正是波音737的翼展长度。

莱特兄弟在天空如此短暂的停留激发了人类不断挑战更高、更快、更远的勇气。在60年后，航空业似乎进入了一个新的纪元-商用超音速飞机。过去历史表明超音速飞机的发展并不是一帆风顺的，但在21世纪的今天，历史将会被改写。

天空中的一堵墙

当闪电在远处撞击地面时，我们会在几秒以后听到“破裂”的声音。类似于光，声音是以波的形式传播的，但两者速度不同，闪电就是最好的例子。

对于飞机发展的最初十年，音速或者声障并不是问题。飞机与其产生的声音在头顶呼啸而过。这些都是发生在亚音速飞行的时代。即便如此，飞机飞过的声音从高到低的音调变化也引起了一些注意。

声音的这种变化被称为多普勒效应，因为在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低。

接着让我们来理解一下马赫的含义。音速在海平面上约为1,190公里每小时，真实的情况是声音速度会随着环境的改变而改变。因此，随着飞机对速度的追求越来越快并朝向声障，飞机的速度被赋予了马赫数。该数字将其速度描述为相对于环境条件下的音速的比率。例如，以0.86马赫的速度巡航的波音747以86%的音速传播，而声屏障则为100%或1.0马赫。

在正常音速下的情况，空气中的分子不再能够脱离，飞机前方的声波被有效地压缩成单波或冲击波。冲击波随着气压和密度的突然增加而形成，从而产生音爆。事实上，当飞机尾翼经过冲击波并且气压迅速恢复正常时会产生第二次音爆，尽管人耳有时只听到一个音爆。

在飞行中，冲击波最初被认为是机翼在平滑空气动力气流中产生升力的一个障碍。所以一些人认为声障是天空中无形的墙壁或者一个危险的限制区域等待着摧毁那些通过蛮力来进入其超高速境界的试飞员。

因此大幅弯曲或弧形的机翼横截面被设计得非常锐利从而能够穿透空气，而带有铰接式的传统尾翼控制装置则被全飞行尾翼或稳定器取代。这是因为冲击波很容易在尾翼的铰链线上形成，显着增加了飞行控制装置的负荷，并导致飞行员说他们的控制装置在接近音障时“冻结”。

这些仅仅是设计师需要解决的所有问题的一小部分。终于查克叶格于1947年10月14日在Bell X-1中正式超过音速 - 这架飞机的机身非常类似0.50口径子弹的形状。

与航空领域的所有进步一样，征服了一个前沿科技将会开辟进一步的研究和一系列新的应用。破坏声障也不例外，随着战斗机和喷气发动机技术的迅速发展。不可避免的是，一个人的想法超越了军队的范畴，并且在民用航空领域崭露头角。航空旅行的未来是否属于超音速领域？这犹未可知。

回到未来

在20世纪60年代早期，总统约翰·F·肯尼迪宣称，“我们选择在这十年中登月并做其他事物，不是因为它们很容易，而是因为它们很难”。这些“其他事物”中的一个可能是超音速运输。

超音速运输(SST)的概念起源于20世纪50年代，但真正聚集了制造商和政府的力量从而展现出快速发展的势头是在未来十年内。报告由肯尼迪发布，因为英法联盟的协和项目势头强劲，而且与太空竞赛一样，美国也不希望被抛在后面。在美国寻求SST的过程中，看到洛克希德和波音在1966年展示他们的设计和全尺寸模型，但波音2707成为最终赢家并进入下一个发展阶段。

该飞机被建议以接近三倍于音速的速度载运约280名乘客。但是，人们仍然担心这架飞机的运营成本。此外，该项目没有得到政治领域的全面支持，环境问题涉及对臭氧层的影响，噪音水平和音爆。

政府对SST计划的资金削减于1971年宣布，波音2707的命运被就此封存，波音2707的模型至今陈列在位于西雅图飞行博物馆。波音2707在超临界机翼设计方面取得了进步，并且是玻璃驾驶舱的早期采用者，但这些科技还不足以让它在天空中被看到。

美国在太空竞赛中的对手在SST领域取得了更大程度的成功。苏联开发了图波列夫图-144，其中第一架飞机于1968年起飞并于1975年进入商业服务。然而，尽管有十几架适航机身正在建造中，但飞机在其生命中一直受到技术问题的困扰。图-144计划于1983年正式取消，但规定飞机仍保持试飞和训练能力。

尽管世界上两个超级大国对超音速飞机做了很多努力，但是最终Aerospatiale / BAC协和飞机取得了最大的成功。协和式飞机以其引人注目三角翼，成为了那个时代的飞机 - 尽管只有20架飞机建成。该飞机于1969年首次飞行，可以超过2马赫的速度巡航，最大载客量为128。

协和式航空公司于1976年开始提供定期航班服务，在其短短的生命中各方对其褒贬不一。美国联邦航空管理局(FAA)于1973年制定了法规，禁止飞机在陆地上和距离海岸线一定距离飞行速度超过1.0马赫，从而将协和飞机限制为跨洋航线，主要是纽约至伦敦或巴黎。

最终，高运营成本，政治和环境问题对飞机来说太严重了。随着21世纪的到来，2000年7月法国航空公司4590号航班的惨剧以及一年多后的9/11袭击事件出现形成了超音速飞行器界致命风暴。

由于高票价和低需求，英国航空公司和法国航空公司于2003年宣布协和飞机退役。随着服务的退出，超音速运输的时代似乎已经过去，无法应对自其概念化以来存在的障碍。它也无法克服燃料不足的加力燃烧发动机的成本，并且减轻不了对环境影响和声爆的担忧。

在新的航空时代，数百架超音速飞机在天空中飞行并缩短飞行时间的愿景现在仅限于历史或者可能实现？

来自超音速的“砰砰”声

超音速运输困境的核心是声爆。由飞机破坏声障产生的冲击波在其尾流中留下马赫锥。那个锥体从飞机上向外辐射360度，并且不可避免地沿地球表面拖动一部分，称为声爆地毯。不幸的是，这对下面存在的人，动物和财产造成了不利影响。

更快，更高，更远是航空领域的推动力，并且自人类首次飞行以来一直在不断追求。虽然最初涉足超音速运输可能被视为商业上的失败，但毫无疑问，这种努力确实是值得认可的，甚至更为关键的是它确定了超音速的缺点。

美国国家航空航天局(NASA)一直在研究如何将音爆降低到不会打扰地面的噪音水平。正如美国宇航局超音速项目经理彼得科恩所解释的那样，目标是将声爆减少到类似于开关车门的声音。

在协和式飞机于2003年退役时，NASA就驾驶改装机头和机身的诺斯罗普F-5E战斗机，研究飞机设计能否重塑其冲击波，从而减少音爆。

最近，NASA甚至使用F/A-18大黄蜂来研究的音爆。通过让大黄蜂以超音速向地面上的特定点俯冲，NASA已经能够测量距离爆炸聚焦的地方几英里处的噪音水平和冲击波在哪里扩散和削弱。

结果更像是一个“声音重击”而不是音爆，而且被比作车门关闭的声音。今年晚些时候，NASA将把测试从飞行研究设施带到墨西哥湾。在那里，它将旨在研究海湾的声爆，并使用传感器和500名人类志愿者的组合测量加尔维斯顿市的声音重击。有了这些数据，他们将更加了解当地人的噪音接受水平。

然而，大黄蜂只能在有限的区域内模拟声音砰砰声，未来的超音速旅行将要求消除响亮的声音，而不仅仅是远离人口聚集区。

新的Boom

当协和式飞机最后一次停止时，有些人为一个时代的流逝中流下了眼泪。然而，自20世纪60年代首次构想这种超级核心先驱以来，航空领域发生了巨大变化。音爆研究，材料的发展，增加的计算能力，发动机设计的发展和改进的动态建模只是所有新的前沿科技的一部分。这些前沿科技将在超级运输中开辟出新的天地。在这样做的同时，以前环境影响这个致命弱点也正在得到解决。

很多新型的公司都设计出了不同的新的超音速飞机。但是震惊全球和最受关注的是Boom Supersonic客机，它设想以超过2.0马赫速度运载55名乘客，座位公里成本相当于亚音速商务舱。配备一个尾部安装发动机和两个翼装发动机，酒杯三角翼和整体线条无不暗示着令人赏心悦目的协和飞机。

然而，像所有现代竞争者一样，过去的超音速客机的高压补燃发动机已被更高效的涡轮风扇发动机所取代，这些发动机经过优化以应对超音速飞行。

Boom目前正在建造一个双座测试台，XB-1或Baby Boom。该飞机将用于验证全尺寸客机将采用的技术。计划在2018年年底试飞，XB-1是飞机的第三级版本，就像它的大兄弟一样，其目标是达到2.2马赫的速度。

许多航空公司已经与Boom Supersonic签约，特别是维珍航空集团和日本航空公司(JAL)，后者投资1000万美元在Boom并预订了20架飞机。

有效地将飞行时间减半和当前商务舱票价附近的票价定价是对很多航空公司的诱惑。

越来越快

动力飞行的梦想在一个多世纪以前实现，并且每十年设计和性能也会大大提高。如今航空公司的创新着重于在现有技术的基础上进行效率的提高和范围的扩展，而不是开创崭新的领域。这是更新迭代的过程，而不是彻底地革命。

然而，深入研究下一代双引擎，宽体涡轮客机，使超音速运输的前景不仅是可能的，它变得实际。20世纪60年代令人失望的梦想在21世纪的技术中重新出现，并且已经学到许多艰苦的教训。

航空业的复兴可能正在通过加尔维斯顿的砰砰声和类似针头的飞机超越音速中出现，这个激动人心的新时代可能比你想象的更接近。

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文章来源：美国明石财富管理

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