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新的超音速民航机真的要来了,比协和飞机还NB

时间:2018-04-04 19:24来源:中国航空网 作者:中国航空网


目前,市场还是对超音速飞机有所期待。包括日航、维珍航空、卡塔尔航空都曾表示出对超音速飞机的兴趣。但是,在最重要的噪音和成本问题没解决之前,谈超音速公务机的实用性还是太早。

我们相信超音速飞机时代的普及只是时间问题,不过对于Aerion AS2的目标来说,笔者认为还是有点太早了。

以上内容来自 网易航空


协和号,民航的回忆


1976年,协和号首次商业飞行,到2003年10月24日,协和飞机执行了最后一次飞行。自从协和号之后,客机再也没有大的提速了,是不具备这个能力吗?

1976年,协和飞机首次商业飞行,距今已经近四十年过去。四十年前可以实现的技术,今天当然更可以实现。所以从技术上肯定具备这个能力。

但除了技术,航空公司更关心的是商业效益,飞机/发动机制造商更关心的是否符合适航规定,产品才能卖得出去。民航发动机要取得适航证要通过重重测试符合标准,其中就有燃油率,噪音,耐久性,排放等等,那我们看看当时协和号有哪些缺点,

第一,高维护和运营成本,低盈利能力。耗油率过高,载客量小,经济性差,单位旅客成本高。日常维护昂贵,没有航空公司愿意赔本赚吆喝,用很贵的成本运很少的乘客。相反,如果你开航空公司,你也会喜欢A380那样的大个头,载很多人,收很多钱,但耗油率并不高。

第二,噪音污染严重,想通过今天的噪音测试是不可能的了。协和式由于音爆水平高,所以被限制不得在大陆上空进行超音速飞行。噪音可以说是协和商业失败的关键性因素。

第三,航程短。也是由于耗油率高,油量一定的前提下,协和号的航程很短。这就意味着超音速飞机会失去很多较长的航线。

第四,安全性。毕竟飞机上有上百个生命,超音速飞机出事故的概率要比普通飞机大。而且超音速客机飞行高度更高,乘客受到的宇宙辐射量可以达到普通飞机的两倍,加重患皮肤癌的危险。

有人会问,那是四十年前的技术,当今的技术肯定可以做到更好吧?

首先,当年协和飞机用的是四台劳斯莱斯Olympus涡喷发动机,即使今天换做最先进的小函道比涡扇发动机,其耗油率虽然比涡喷降低很多,但是和同时代的大函道比涡扇发动机(就是民航客机普遍应用的大直径发动机)还是要高很多,从这一点上,经济性还是不够好。除非乘客愿意付出非常昂贵的票价。

其次,噪音的问题。只要是超音速,噪音真的很难避免,这个没办法。你如果去看过航展,看过任何一架超音速的战斗机(比如台风)表演,那震耳欲聋的噪音,和当尾喷口远远对着你的方向时,让你胸腔震颤的轰鸣,你一定不希望很多这货在天上飞。我也看过A380飞行表演,距离很近,起飞之后低空的盘旋,我几乎听不到很大声音,移动缓慢(相对的)但是非常安静。

第三,寿命以及成本。从发动机角度讲,由于超音速相对会把材料性能使用到极限(涡轮叶片,涡轮盘,燃烧室等),所以超音速的发动机寿命肯定要比亚音速的低,于是成本上去了,安全性下来了。

在未来几十年,波音和空客的趋势就是这样了,基本不会出现超音速客机。但是事物发展的矛盾总是相辅相成的,我相信在未来,如果能克服超音速飞行带来的音爆(sonic boom)问题,降低噪音到可接受的程度;随着发动机技术的进化,解决燃油效率和安全、耐久性的问题。如果更短的飞行时间带来的收益能够战胜运营成本,超音速客机一定会有很大的发展,甚至逐渐取代亚音速客机,毕竟,如果有更快更好的方式抵达,谁还愿意选慢的方式呢。



其实,协和飞机虽然进入了博物馆,但它所实现的飞行理念是相当先进的。由于巡航速度比晨昏线(solar terminator)的移动速度更快,也就是能追上地球自转。在西行航线上,以当地时间计算,抵达时间往往比起飞时间还要早!由巴黎或伦敦向西飞往美国方向的飞机能在日落后起飞,中途追赶上太阳,看到太阳升起的情形,换句话说,协和飞机可以让乘客“在伦敦出发之前就已经到达纽约”;英航BA推出的宣传口号既是「出发前就到达」(Arrive before you leave)。

关于超音速客机,大家谈了很多有关油耗、噪音等带来的实用化问题。此外,超音速飞行会在机体表面产生极大的热量,需要建造航天器所用的耐高温材料。实际上,欧、美、日等发达国家从未停止对超音速民用航空器的研究,目标巡航速率已经从协和号的2马赫提高到了5-8马赫[1]。在目前已知的多种超音速飞行方案中,私以为,所谓的“空天飞机”是比较理想的一种,虽然结构有些复杂。

空客集团(原EADS)曾于2011年6月在巴黎航展上抛出了名为 ZEHST (Zero Emission High Supersonic Transport) 的研究项目,该研究项目由法日两国合作。法国航空航天工业集团(GIFAS)与日本航空航天工业协会(SJAC)在 2005 年巴黎航展期间签署了超音速技术合作协议。其目标是利用空客集团子公司Astrim在低轨道空天飞机(suborbital spaceplane)项目上积累的经验,采用生物燃料与电能,设计面向2050年的绿色、安静、可执行洲际任务的高速客机。届时,从东京到巴黎或洛杉矶的飞行时间将缩短到2.5小时以内。大体思路如下:

飞机从普通跑道起飞,依靠采用生物燃料驱动的两个大功率、低函道比(low-bypass)、无加力燃烧室(afterburner)的涡轮喷气发动机,使飞机达到高度5km、速度0.8马赫的初级巡航状态;

两台小型液氢/液氧驱动的火箭助推器(booster rocket engines)点火并工作,稍后一台由阿丽亚娜(Ariane)商用运载火箭(launch vehicle)衍生出的稍大型的助推器点火,使飞机持续陡峭爬升,飞行速度由初级巡航状态的亚音速(subsonic),经跨音速 (transonic)阶段,加速到2.5马赫的超音速(supersonic);

当飞机爬升至海拔23km高度时,两台吸气式氢燃料冲压发动机(airbreathing hydrogen-fuelled ramjets)最终将飞机送上32km的巡航高度,巡航速度也将提升至4马赫,以达到最佳燃效;

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