静待超声速客机2.0时代

目前，美国国家航空航天局（NASA）的工程师们正在努力定义一个较低音爆的新标准，波音公司和洛克希德・马丁公司也最新公布了他们超声速飞机的概念图――有趣的是，由洛马公司设计的超声速飞机，水绿嫩白的机身和削尖的整体造型，一公布就被广大网友昵称为“葱上云霄”。在2014美国航空航天学院年展上，亦出现了一款新型超声速客机。该机能够有效降低超声速飞行所产生的音爆。NASA等机构现正在铺就一条超声速旅行的回归之路。

难舍“超声速”

直到现在，超声速旅行都还是个令人热血沸腾的词汇。其实早在上世纪60年代，它就已经落实于研究中。曾几何时，乘坐协和式飞机进行一次跨越大西洋的超声速之旅，是西方名流们彰显身份的热门方式之一。然而，尽管在运输效率上开创了新的纪元，安全性方面也总体表现良好，但协和式飞机始终没有摆脱高成本、设计缺陷等诸多问题的困扰。最终，在一次机毁人亡的意外事故之后，“协和”飞机于2003年退出了民用航空的舞台。

“协和”式客机的隐退，并没有终结人们对于超声速民用航空的怀念与追逐。近年来更是不断有公司展示各自原创的未来超声速飞机。不过在将构想转变为现实之前，他们都必须解决一个协和式飞机当年就曾面临的问题――音爆。

音爆降低让超声速客机回归

当物体接近声速时，会有一股强大的阻力，使物体产生强烈的振荡，速度衰减，这一阶段被称为音障。当突破音障时，由于物体本身对空气的压缩无法迅速传播，逐渐在物体的迎风面积累而终形成激波面，其上集中了高度的声学能量。此时，人们会感受到短暂而极其强烈的爆炸声，称为音爆。

音爆释放的能量巨大。当飞机作低空超声速飞行时，不但地面的人畜能听到震耳欲聋的巨响，影响人们的生活和工作，严重的还可以震碎玻璃，甚至损坏不坚固的建筑物，造成直接损失。因此NASA禁止在陆地上空超声速飞行，其他国家管制陆地线路的航空机构也是如此。

从这个角度而言，降低音爆是超声速飞行器回归的重要前提之一。目前，业界使用“感知分贝水平”（PLdB）来测量音爆的大小。以协和式飞机为例，它的水平达到了105，足以震颤地面居民的窗玻璃。研究人员普遍认为，75是陆地上空超声速飞行的可接受值。

但NASA有志于将其水平降到70甚至更低――这并非易事，因为音爆与飞行器重量成正比关系。小型飞机或许可以轻松实现，但大型载人客机则要困难得多。波音和洛克希德・马丁公司的设计在风洞试验中的数据是79，已经被认为是相当出色的表现，但NASA依然坚持“70-”的高标准，并且不断加快技术攻关的进程。因为在NASA以及许多工程技术专家看来，经过多年的积累，当前超声速研究领域的发展水平，已经足以支持实用性低音爆飞行器的设计与开发。

此前，NASA已经在加州的阿姆斯特朗飞行研究中心试飞了小型样机，以此收集和听取参与实验的公众对噪声水平的意见。此外，NASA还不断改良机体的外形设计，包括更加细长的机首、更加平滑的机身以及有利降低音爆的三角翼等等。NASA表示，“更安静的超声速飞机”将逐步解除不允许在陆地上空进行超声速飞行的行业禁令。

不仅NASA一家，波音公司、洛克希德・马丁公司、Aerion、斯派克宇航等企业当前也在推进研究的步伐。维珍银河航空的老板理查德・布兰森更是宣称，即将造出时速一万九千英里的产品。行业分析普遍认为，新型超声速民用客机，有望在未来的15年内投入使用。

异曲同工的双翼超声速客机

在美国，除了拥有强大实力的制造企业之外，美国一些大学的科研团队也在寻求未来超声速客机的解决之道。2012年的时候， 美国麻省理工学院和斯坦福大学的一个联合科研团队提出了一种双机翼设计方案，并声称该方案可以解决“协和”式超声速喷气客机存在的很多问题。该研究团队已经通过计算机模拟证明，在以超声速航行时，经过改装后的双翼产生的阻力比传统的单翼飞机要小得多。不过，与上述洛马公司、波音公司的方案异曲同工的地方在于，这种双翼设计的最初目标也是为了使飞机产生的音波爆更小。

在这种双翼设计方案中，客机的每一侧都有两个机翼，一个机翼置于另一个机翼的上方，这种设计可以消减每个机翼各自产生的冲击波。一般而言，当传统飞机接近声速时，飞机前后的空气就开始压缩。随着飞机的航行速度达到并且超过声速，空气压力的突然增加会产生两个大的冲击波，这两个冲击波会向外辐射到飞机末尾两端，产生超音波爆声。而该联合团队的研究人员通过计算发现，双翼设计能消除冲击波。

不过，研究人员在计算和测试中也发现，这种双翼设计的两个机翼间会制造出一个非常狭窄的通道，只能容纳很少量的空气通过其中，当飞机以超声速时，这一通道会被堵塞，从而产生巨大的阻力。这一问题如果不解决，该方案根本不能实现超声速飞行。为了解决阻力问题，该研究团队设计了一套计算机模型来模拟双翼飞机以不同的速度飞行时的情况。在给定的速度下，这种模型能确定最优的机翼形状以让阻力最小。研究人员先后将几十个不同的速度、700种机翼设计产生的结果汇总，为每个机翼设计出了最优的形状。根据测试结果研究人员发现，把上下两个机翼的内表面设计的更为平整就会制造出一条更宽的通道，空气能够流经其中。而且，通过让上方机翼的上边缘、下方机翼的底边缘凸出，可以使这种双翼飞机能以超声速飞行，其产生的阻力仅为传统超声速喷气客机的一半。

激进的欧洲人

与美国相比，欧洲人在超声速客机研制方面显得更为激进，毕竟世界上第一种投入商业运营的超声速客机就出自欧洲。3年前，已经更为名空客集团的EADS对外公布了一款名为ZEHST的超声速客机方案，该方案在外形上“协和”式超声速客机非常相似，其细长机身、大三角翼、无平尾的气动布局，具有翼身融合特征，这样即可以减小机身的气动阻力，同时大三角翼在飞行时能够产生非常高的气动效率，使飞机更适合超声速飞行。此外，大三角翼因为加强了结构和气动稳定性，还可以提高飞机的安全性能，这对民航客机来说尤为重要。不过，欧洲人给ZEHST提出的速度目标是超过“协和”式客机的2倍，即最大可以达到4倍声速。

为了达到4倍声速的设计目标，ZEHST将内部结构上分为三大部分，从机头向后依次是机头和驾驶舱段、增压客舱段以及动力段，而动力段则集成了其高速飞行所依赖的全套动力系统，该系统包括3种类型的7台发动机，2台传统的航空喷气发动机主要是在飞机起飞和降落时候使用，这样就可以保证飞机能够在正常的机场跑道上起降；飞机起飞升空后，机身后部的3台低温火箭发动机就会点火工作，推动飞机加速并爬升，最终使飞机加速到4倍声速，飞行高度达到32千米；飞机达到既定的速度和高度之后，机翼下的2台大推力冲压火箭发动机开始工作，使飞机保持上述飞行高度和速度继续前行，并到达目的地，然后使用2台传统的航空发动机实现着陆。据EADS提供的资料显示，ZEHST以伦敦为出发地，到达土耳其需要30分钟，抵达美国西海岸城市需要1小时，到达日本东京需要2小时，到澳大利亚悉尼也只需要3.5小时。

为了降低污染，ZEHST客机上的发动机使用的燃料主要有两种，一种是用藻类制造的生物燃料，这是一种低碳燃料，排放物非常少，这种燃料主要用于2台传统的航空发动机；另一种是液氢液氧，主要用于5台火箭发动机，排放物为水蒸气，没有污染。而为了解决超声速飞行时产生的音爆，ZEHST选择了飞得更高，其在起飞之后很短的时间内就达到了32千米高度，即使在城市上空飞行，人们在地面上也很难听到它的声音，噪声污染几乎为零。不过，由于方案更为激进，各方面的技术指标更高，所以欧洲人认为ZEHST在2050年前后能投入使用就已经不错了。