超声速飞行时代

顾名思义，超声速喷气公务机（Supersonic Business Jet，SBJ）的飞行速度超过声速，其速度甚至是常规亚声速公务机的两倍。目前，研制中的超声速公务机的最大巡航速度通常都在马赫数1.5～2.0之间，航程在7408千米，即4D00海里以上。客舱尺寸与当前的远航程公务机接近，标准载客量6～10人左右。由于超声速公务机的巡航速度极快，因此使用成本也较高，大约为运力相同的常规喷气公务机的2～3倍以上。

自20世纪80年代以来，关于超声速公务机的探索和研究从未停止过，其中不乏一些飞机制造商和科研机构进行了比较系统的研究，但是由于一些关键技术难以突破且费用高昂，因此直到今天都没有一款超声速公务机研制成功。目前，大多数超声速公务机项目仍停留在初期方案研究阶段，离最终投放市场还有很长的路要走。

如果超声速公务机最终能够发展成功，有可能与超声速运输机（SST）一起推动航空运输的革命性发展，开创超声速/高超声速旅行的新时代。破解超声速公务机发展所面临的技术难题，将有力推动气动力和总体布局，推进系统、结构和材料等领域的航空基础科学和飞机设计的发展。因此，发展超声速公务机意义重大，需要长期坚持不懈地开展相关研究工作。

发展概况

上世纪80年代末，苏霍伊设计局率先启动了S-21超声速公务机项目。之后，苏霍伊设计局又与湾流合作进行S-21G项目的研发，双方的合作止于1992年。随后，双方开始各自进行超声速公务机的研究工作。苏霍伊设计局的S-21项目持续进行到本世纪初，但最终宣告停止。湾流的超声速公务机研究则在持续推进，公司90年代后期与GAC/LMSW进行合作，并加入了DARPA（美国国防部预研局）的安静超声速公务机（Quiet Supersonic Program，QSP）项目，进而提出了可变后掠翼和非可变后掠翼等多个设计方案。此外，湾流还与NASA联合进行Quite Spike低声爆机头伸缩杆系统技术研究和试验工作，并取得了一定成果。湾流还在进行动力系统的研究，如低声爆推进系统。在超声速公务机领域，湾流独树一帜，研制成果颇多，并申报了多项技术专利。

达索于上世纪90年代末期开始涉足超声速公务机的研究，此举还得到了欧盟的大力支持。除苏霍伊、湾流和达索外，俄罗斯的图波列夫设计局也提出了图444超声速公务机方案。日本国家宇航实验室（NAL）和三菱重工也进行了相关技术研究。

最近10年，一些新组建的小公司出人意料地提出了不少超声速公务机的研制计划，如超声速宇航国际公司（supersomic Aerospace International，SAI）的Quiet Supersonic Transport、Aerion和HyperMach SonicStar。

为了推进超声速公务机的研究，欧盟成立了的“高速飞机”（High Speed Aircraft，HISAC）研究项目，达索、苏霍伊、阿莱尼亚在该项目资助下，正在系统地进行相关研究工作。目前，它们已经分别提出低噪声、大航程、低声爆等多个超声速公务机设计方案，并已进行风洞试验、方案优化等工作。

技术挑战

超声速公务机面临的主要技术挑战是既要满足环保方面的法规，如声爆、噪声、污染物排放等，又要具备良好的性能。此外，实现设计目标所需的成本代价也不能过高。

超声速公务机的设计基本要求是在巡航高度超声速飞行时，声爆不能对地面人员造成伤害。考虑到声爆的危害，美国等国家的法律甚至规定陆地上空不能进行超声速飞行。但是，根据相关统计，公务机在陆地上空的飞行时间占总飞行时间的50%以上。因此，超声速公务机如果要获得良好的使用性能，则必须在陆地上空进行超声速飞行。这就要求飞机在设计上最大限度地降低声爆强度，声爆造成的地面压差要小于2.5千克/米2。

除此之外，气动设计/气动布局和推进系统对于超声速公务机也至关重要。因此，超声速公务机的关键技术是降低声爆强度、高效气动布局/气动设计、优化推进系统。

在降低声爆强度领域，目前正在发展的技术有机头伸缩式声爆锥、主动升力控制和脱体能量注入三种。机头伸缩式声爆锥采用与弹道导弹伸缩式减速杆类似的设计，即在机头安装伸缩式声爆锥。湾流与NASA合作研发了Quiet Spike声爆锥。

气动设计领域主要集中在优化气动外形，推进系统一机体一体化设计上，使飞机具有高效的亚声速和超声速巡航效率，且声爆强度低。目前主流的研究方向是通过层流控制，有效地降低阻力。

动力系统的关键在于先进发动机和排气系统，最终实现高效率、低噪声和低污染排放。目前发展的重点是变循环发动机。

除以上三个难点外，飞机结构、机载系统，以及飞机总体设计/系统集成、成本控制等方面都仍有很多技术难题有待突破。

市场前景

湾流的超声速公务机采用大尺寸客舱设计，航程可达7408千米（4000海里）以上，售价在1亿美元之内。根据公司的市场调研，该机在10年内的市场需求量为180～350架。Meridian International Research公司也独立进行了类似调研，其结果是在10～20年的销售期内，售价0.5～1.0亿美元的超声速公务机销量可达250～450架。虽然以上数据较为可观，但是，超声速公务机的实际市场需求仍存在极大的不确定性，毕竟目前的超声速公务机方案除速度优势外，其他各项性能指标，特别是航程方面远不及现有的高端亚声速公务机。

对于公务机制造商而言，发展超声速公务机则面临着高投资、高风险、市场需求不确定等问题。

据统计，即便是目前最顶级的公务机G650，它的研发费用不过15亿美元，研制周期为7年，预计投放市场10年能够交付300余架，而这类飞机的盈亏平衡点在150架左右。至于轻型喷气式公务机，它们的研发费用不过2～3亿美元。反观超声速公务机，它们的研发费用至少高达20～30亿美元，研制周期至少需要10年以上。超高的价格和使用成本、偏低的产品性能、较差的使用和维护环境，仅仅凭借速度优势，对于用户而言吸引力并不够大。

目前，湾流、庞巴迪、达索猎鹰、赛斯纳、巴航工业等世界顶级公务机制造商之间的竞争非常激烈，但总体而言仍保持着相对平衡的状态。作者认为，这种相对平衡的状态对公务机制造商是有利的，他们更愿意维持这一现状，而非冒险研制超声速公务机。因此可以预见，在未来相当长的一段时间内，公务机制造商都不会贸然发展超声速公务机。而湾流、达索等企业目前所做的研究，是为长远发展而进行的技术预研和储备。一言以蔽之，超声速公务机的交付使用恐怕还是很遥远的事。至于超声速宇航、Aerion、HyperMach这类新组建的企业，不避讳地说，他们根本没有足够的技术实力和经济能力研制超声速公务机。这类企业的结局多会是早期方案研究完成后归于倒闭。事实上，超声速宇航公司目前已经不复存在。

由于超声速公务机发展所面临的技术和资金瓶颈，单靠企业自身行为很难成型。因此，更加可行的方法是在国家支持下进行的企业行为。鉴于超声速公务机和超声速运输机对航空技术的发展能够起到巨大的带动作用并具有巨大的商业价值，而且部分技术可以移植到军用飞机上，因此美国、欧盟、俄罗斯、日本等国家都组织开展了大量研究工作。

虽然面临一系列困难，但在不远的将来，超声速公务机的关键技术一定会取得重大突破，成熟的超声速公务机产品也会层出不穷。届时，一个崭新的超声速飞行时代也将到来！