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自英法联合研发的协和式飞机(Concorde)因2000年的重大坠毁事故而退役后,曾被冷战技术竞赛推至风口浪尖的超音速客机随冷战一起走下了历史舞台。不过,美国国家航天局(NASA)在2012年宣布研发“X系列”超音速飞机,意在消除超音速“音爆”这个重大障碍,为重启超音速空中旅行作好铺垫。而这个名为“安静超音速技术”(QueSST)的项目现在有了突破性进展,近日,NASA官网宣布将在未来8周的时间内对超音速X飞机的比例模型进行风洞测试。 如果你听过超音速飞机的“音爆”,一定会深刻地理解“晴天霹雳”这个成语。当物体运动接近音速时,会出现阻力剧增的现象,俗称“音障”。音障一般在速度接近1马赫(1马赫即1倍音速,在不同介质中传播速度不同,在这里约为1225码)时出现,而在飞机突破音障的一瞬间,新产生的波在旧波还未扩散开前就形成了,由此产生了一种声波的密集叠加效应。

协和式飞机性能优点简介NASA无音爆超音速飞机风洞试验引关注

英法联合研发的协和式飞机(Concorde),服役期1976年至2003年。当时世界上共20架。

伴随着“音爆”产生的还有一种奇特的“音爆云”景观。在激波面后方,由于气压骤增,空气中的水蒸气会迅速凝结成小水滴,如同一团云雾。虽然“音爆云”美如画,但“音爆”本身却破坏力极大,轻者影响人类的生活和工作,重者甚至可以震碎玻璃。因此,许多城市上空禁止作1万米以下的低空超音速飞行。

除了“音爆”之外,协和式飞机和苏联的图-144飞机这样的老一代超音速客机还有耗油大等严重技术缺陷。正因如此,尽管协和式飞机在冷战竞争中成功击败图-144,甚至使后者因过度模仿协和式飞机而落下了“协和斯基”的笑柄,但它依然经不起一次空难的打击而迅速消亡。

为了突破这些技术瓶颈,实现“更环保、更安静”的新一代超音速飞机的梦想,NASA和世界军工巨头洛克希德 马丁公司(Lockheed Martin)合作,通过对机身结构的改造而消除“音爆”。洛克希德 马丁在机身上利用多个平面的设计让气压波保持分离,并设计了起到同样作用的迷你T型机尾。

项目总工程师Michael Buoanno表示,这样的设计通过控制举力和气压波力度来避免波纹叠加。由此,“X系列”飞机将在飞行时将形成S形的波纹,而非以往超音速飞机的N波。而它发出的声音则是轻微的隆隆声,而非剧烈的爆破声。NASA希望最终能将超音波飞机的声音降至75分贝以下。

在一个名为格林(Glenn)的风洞中,X飞机模型将经受0.3~1.6马赫风速的挑战,模拟飞机在起飞,航行和降落时的情景。工程师们将通过这次实验分析X飞机在空气动力学中的表现,同时对其动力系统进行部分检测。NASA工程师Ray Castner 解释道“我们将从不同角度测量模型的举力、托力和边动力,由此判断模型的表现是否符合预期。” 这次测试中的模型只有实际飞机体积的9%,但如果这次风洞测试成功,那安静超音速技术就向前迈进了很大一步。

NASA 机械工程师Dan Pitts正在调制X飞机的9%比例模型。来源NASA官网

如果一切顺利,NASA将于2020年打造出真正的“X系列”安静超音速飞机。这一目标能否如期完成,主要取决于NASA能否拿到足够的经费将项目进行下去。

协和式飞机(Concorde)是一种由法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机,它和苏联图波列夫设计局的图-144同为世界上少数曾投入商业使用的超音速客机。