追求更快旅行速度 我国开展系列研究

乘坐超音速客机出行是人类一向巴望完成的愿望。但跟着图-144项意图中止和协和式客机停飞，宣告人类关于超音速客机的榜首轮探究遭受失利。超音速客机的概念乃至一段时间无人问津。近年来，跟着航空技能的进一步展开，超音速客机再次走入人们视界，大有重出江湖之势。

近来，航空业巨子波音公司宣告将与Aerion公司协作开发世界上榜首架超音速商务飞机AS2。我国也在该范畴活跃探究，如我国商用飞机有限责任公司正在与西北工业大学协作打破超音速客机的要害技能问题。超音速客机为何如此有吸引力，从头完成人类超音速游览的愿望又要战胜哪些难题？

寻求更快游览速度 我国展开系列研讨

“尽管在2003年以协和式客机为代表的榜首代超音速客机因为种种原因退出了历史舞台，可是关于新一代超音速客机的研讨从未中止过。”西北工业大学航空学院副教授李占科在承受科技日报记者采访时标明，美俄等多个具有航空研制才能的国家一向都在活跃进行新一代超音速客机计划及其相关技能的研讨，以求在未来的新一代超音速客机范畴中占有一席之地。这是因为更快的游览速度是人类永久的寻求。超音速客机在民用航空中的效果，类似于铁路体系中的“高铁”列车。

李占科介绍，10年前，美国国家航空航天局（NASA） 就在其2020—2035“N+3代”超音速客机展开规划中将超音速客机的展开分为“三步走”战略。首要是展开20座以下商务客机；接下来研制25—100座支线客机；最终是推出100座以上大型客机。当然分为三步走的展开战略也首要是依据技能展开的现状和未来展开的可行性上的考虑。现在波音公司与Aerion公司协作开发超音速商务飞机其实是处在超音速客机展开“三步走”的榜首步。

现在，除了我国商飞，国内高校及科研单位也在很早之前就展开了一系列预研作业。如西北工业大学首要成立了“超音速客机研讨团队”，对声爆猜测、减阻、低声爆规划办法、新概念布局与归纳优化等要害技能问题进行研讨，提出了15座级的小型超音速公务机开始规划计划，并对150座级大型低声爆低阻超音速客机进行了具体的计划规划。北京航空航天大学李晓东教授、南京航空航天大学张海波教授等也分别对超音速客机声爆猜测、归纳操控等范畴展开研讨。成都飞机规划研讨所、航空工业榜首飞机规划研讨院等也参加了超音速客机相关要害技能的研讨规划。

减噪降阻规划难 动力资料问题多

“尽管各国纷繁发动新一代超音速客机研讨计划，但要构成类型还有一系列问题要研讨处理。”李占科指出，首要就是声爆核算剖析和猜测以及声爆按捺技能。声爆是超音速飞机飞翔时发生的冲击波传到地上构成的爆炸声。榜首代超音速客机协和式飞机就是因为声爆太强，所以被约束不得在大陆上空进行超音速飞翔，这成为其商业失利的要害性要素之一。世界民航安排（ICAO）明确指出：声爆有必要下降到可承受的规范，也就是超音速客机声爆≤70分贝，才能在大陆上空飞翔。声爆现已成为关乎新一代超音速客机能否被答应投入营运的技能瓶颈问题。展开和把握准确的声爆核算剖析和猜测办法是展开超音速客机研讨首要要处理的问题，这也是从理论上点评新一代超音速客机规划计划的声爆水平是否合格所需的底子东西和手法。

李占科标明，超音速客机要研讨的另一个技能难点问题就是超音速减阻技能。比较亚音速客机，超音速客机会有激波阻力，尤其在0.8到1.2马赫之间的跨音速阶段，阻力系数峰值会比0.8马赫以下时大4倍左右。高的阻力系数意味着高的燃油耗费，经济性随之变差。而商用飞机能否继续运营，经济性仍然是航空公司最大的考虑要素。“此外，从飞机规划视点来说，用于亚音速飞翔和超音速飞翔的发动机也会具有恰当的差异。”李占科弥补道，亚音速客机遍及选用油耗和噪声较小的高涵道比涡扇发动机。但超音速飞翔则需求选用顶风面积较小、低涵道比的涡喷射动机。因而怎么规划发动机使其能够统筹超音速客机亚音速和超音速两种飞翔状况，也是一个技能难点。

或许超音速客机“再现”的难题不止于此。我国民用航空飞翔学院教师岳源谈到，首要超音速客机外载荷更大，对飞机资料和结构的要求更高，特别是对机翼翼根的强度、刚度要求会更高。其次，现在客机首要运用超临界翼型，首要用在跨音速阶段的飞翔，不适用于超音速飞翔。适用于超音速飞翔多是战斗机，这类飞机比较客机展弦比要小得多。所以，还要规划新的翼型。最终，超音速客机操控体系的鸿沟、约束条件比较亚音速客机都有所改变，其飞翔操控体系也会有所不同。

对症下药解难题 超音速客机远景可期

“跟着自适应变循环发动机等新式发动机的老练，空气动力学、航电技能的进一步展开。现阶段航空技能的储藏现已为超音速商业飞翔的运营和保护打下了必定根底，超音速客机的远景可期。”岳源看好超音速客机的远景。

岳源指出，自适应变循环发动机能够依据不同的需求在多种形式下作业，使飞机在亚音速、跨音速、超音速状况下都具有杰出的功能。李占科进一步谈到，美国通用电气和普惠正在展开自适应变循环发动机。美国空军研讨实验室相关研讨标明，这种发动机是马赫数小于3的超音速客机的抱负动力装置。

关于声爆问题，声爆核算剖析办法、低声爆优化理论及规划办法的展开，以及静音锥和脱体能量注入等一些新概念的声爆部分按捺技能为处理声爆问题供给了或许。

“声爆核算剖析办法旨在对给定的超音速客机计划进行声爆猜测剖析和评价，这是声爆研讨的底子。”李占科标明，简化的声爆猜测办法能够核算剖析声爆超压和继续时间、不同高度和速度下的噪声水平（分贝数）、马赫锥压力散布以及声爆对地上的影响区域等。除此之外，还有超音速线化理论等更多理论办法与几许声学相结合，到达更高精度的声爆猜测及评价。“而低声爆优化理论则是在声爆猜测、评价的根底之上有的放矢，对飞机外形进行规划以期能够有用下降声爆。”

“静音锥是由若干段可弹性的圆锥体与圆柱体相互衔接而组成的，能够在机头构成若干道弱激波，替代飞机头部本来的弓形激波，到达下降远场声爆水平的意图。”李占科标明，脱体能量注入则是一种“虚拟静音锥”，即经过高能微波、激光照耀完成在超音速气流中的能量注入，凭仗其热效应和电离效应诱导出一系列弱激波，然后下降声爆。

“关于超音速减阻技能研讨，现在研讨最多的是层流减阻技能。”李占科标明，超音速飞翔进程中，飞机外表与空气冲突引起的冲突阻力（摩阻）约占总阻力的20%—40%。空气活动有“温文”的层流状况和相对“粗犷”的湍流状况，层流中流体中质点的轨道出现有规矩的润滑曲线，不然即为湍流。就像日常日子中咱们翻开水龙头，自来水涓涓细流，恰似一个通明的水晶柱，即为层流；自来水喷涌而出，夹杂着很多气泡任意飞溅，即为湍流。相同来流条件下，飞机的层流摩阻远远低于湍流摩阻。可是，现在大部分客机的巡航进程均处于全湍流状况。因而，层流减阻技能一般经过恰当的外形规划或经过一些活动干涉，需求尽或许扩展飞机外表层流区规模，以减小摩阻。该技能在下降音障阻力上很有潜力，可削减5%—10%的阻力。

“事实上，选用惯例布局现已无法满意超音速客机低声爆及低阻的严苛规划要求。因而要展开新概念布局，并选用归纳优化规划技能来到达超音速客机的规划要求。”李占科说。