超音速客机的发展

发布时间:2017年01月20日 来源:超天才网 作者:肖翰林 浏览量:872

 

超音速客机(Supersonic Transport, SST)是指其速度比音速快的民航客机,现在的航空公司已经没有了商用的超音速客机服务,而在航空历史上作为正式运营的超音速客机仅有“协和号”飞机。除此之外,另一款量产的超音速客机是前苏联的图-144客机。而协和式客机在2003年11月26日进行最后一次商业飞行后,正式全面退役。

“协和号”客机是法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机,从纽约飞到伦敦只要3.5小时,一般客机至少要花上7小时,可直接缩短一半的飞行时间,不过虽然协和号飞机的速度很快,但机票价格也很高,同时载客量也较少,一般限制在100名乘客左右,从纽约飞到伦敦至少要花6980美元,所以协和号的乘客大多数都是政界和商界的名流。协和式飞机的外形设计为前机身细长,这是为了获得较高的低速仰角升力,利于起飞和降落,同时可以降低超音速飞行时的阻力,利于超音速飞行。但由于其机头过于细长,阻挡了飞行员的视线,因此机头设计成为可下垂式,在起飞和降落时,可下调5°到12°,便于起飞和降落时使飞行员获得良好的视野,巡航飞行的时候再转回正常状态。协和式超音速客机采用无水平尾翼布局,为了适应超音速飞行,协和式飞机的机翼采用三角翼,机翼前缘为S形。三角翼的特点为失速临界点高,飞行速度可以更快,且能有效降低飞机在超高速抖动时的问题。在2003年这架有划时代意义的超音速飞机正式退役。造成协和式飞机停飞的主要原因:首先,是2000年7月25日的法航4590空难,当时的协和号飞机在法国戴高乐机场起飞后,被跑道上的一块金属薄皮割破了轮胎,之后轮胎的碎片击穿了飞机的油箱,导致飞机失事,造成109人罹难,这让乘客对超音速飞机的安全性产生了质疑。其次,2001年的“911事件”让乘坐飞机出行的乘客产生了恐惧,国际民航市场开始不景气,这让高油量、高投入、低营收的协和号的成本负担更高。同时,还有噪音大、载客少等多种因素最终导致了协和号飞行命运的终结。

 

 

“协和号”飞机

 

另一款服役的超音速客机是图-144,其是世界上最先首飞的超音速民航客机。图-144可以说是协和号客机的死对头,是前苏联政府为了与欧洲和美国竞争所研制出的产物。在1968年12月31日图-144原型机首次试飞,1975年3月,在莫斯科至阿拉木图航线试运营。1975年12月正式投入前苏联国内货运飞行,1977年11月开始在莫斯科-阿拉木图的航线上载客飞行。图-144总共生产了16架,其中1架原型机,1架预产型图-144,9架量产型图-144。以及5架改进型图-144D。图-144由于技术上、经济性方面存在问题,在研制过程中还发生两起重大事故,极大的影响了其应用与发展,图-144超音速客机只在极少的航线进行了少量的民航航班运营,缔造了一些航空纪录,到1984年后就彻底停止了商业飞行。由于服役期间短,图-144一直不被视为是成功的机型。

图-144的外形设计为细长机身配以双三角形机翼,前缘内侧后掠角为78°,外侧后掠角为55°,以适应跨音速飞行的要求。机头两侧装有细条状的鸭翼,在起飞和着陆时使用,可灵活展开和收回。而机尾上方是大三角形垂尾,不设水平尾翼。图-144长长的锥形机鼻可在起降阶段下垂12°,便于飞行员观察地面情况,进入巡航飞行时再恢复原状。驾驶舱内安排由正副驾驶员和飞行工程师组成的三人机组,所有控制系统都有多重冗余设计,出现问题可自动切换。该机采用前三点式起落架布局,前起落架为很高的V形双轮结构,左右翼下的主起落架则采用纵向3排机轮。圆形机身内每排座位为3 和2的布置,最多可容纳126人。库兹涅佐夫设计局专门研制了带有加力燃烧室的NK-144涡轮风扇发动机,单台推力最大172千牛。4台发动机集中安装在机腹后下方,每两台共用一个矩形进气口,尾喷口与机翼后缘齐平。而机翼和机身内可储存8.75万升燃油,整机满载起飞重量约为130吨。考虑到技术难度,早期型号的航程定为4500千米,之后再改进到6500千米。

 

 

苏联图-144

 

以上两款超音速客机都在航空历史上悄然落幕,但近几年美国又重新开始了超音速客机的发展计划,为解决超音速客机运行时的噪音问题进行着努力。 

为了解决超音速商用飞机的噪声问题,美国航空航天局NASA和洛克希德-马丁公司正在设计一个实验用的X-plane,称之为静音超音速技术QueSST验证机,并预计在2019年实现首飞X-Plane样机。

洛克希德-马丁公司负责了静音超音速技术QueSST的设计,其核心在于防止超音速飞行时机身积聚的压力波聚结成一个大冲击波。这样的设计将使得客机突破音障时,只有一个低沉隆隆声的小音爆,而不是一个声音吓人的大冲击波。

美国航空航天局则负责降低超音速客机的引擎本身的噪音问题,音爆并不是超音速喷气客机存在的唯一的噪音问题,超音速客机的引擎本身声音也大得吓人,特别是目前传统的客机引擎已经将噪声大幅降低到了一定限值。QueSST的理想发动机是一个变循环发动机,又称三流道涡扇发动机。变循环发动机中的空气流道是3个,而不是传统的2个:除了核心机和旁通道2个流道外,还加了另外一个旁路通道。这种3流道发动机的优点就是:你能够改变航空发动机的涵道比,飞行员能够在启动的时候获得一个大涵道比,用于起飞和降低噪声。但在飞行过程中能够改变为一个小涵道比来获得最大的巡航效率。

除了美国航空航天局和洛克希德-马丁公司在研制超音速飞机以为,在2016年11月15日,美国Boom技术公司公开展示了其XB-1超声速验证机。XB-1为双座设计,机长20.7m、翼展5.18m,动力装置为三台GE J85-21发动机,最大起飞重量6123kg,巡航速度Ma2.2(比“协和”号飞机快10%),航程超过1850km,是Boom超声速客机的1/3缩比尺寸验证机,主要用于气动设计和推进系统的验证和优化。该机计划2017年底首飞,亚声速试飞在丹佛东部进行,超声速试飞将在美国加州南部爱德华空军基地附近进行。Boom超声速客机生产型的设计指标为:机长51.8m、翼展18.3m,2人制机组,载客45名,巡航速度Ma2.2,航程8334km。计划2020年代投入使用,维珍集团和一家欧洲航空公司已经承诺用20多亿美元订购25架这种飞机。

 

XB-1 超音速客机验证机

 

因此,也许在不久的将来,超音速客机将会改善各种不利的缺陷,提升乘客的飞行体验,并再次翱翔于蓝天,发起新的民航运输革命。

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