3小时伦敦飞纽约 被NASA“弄瞎”的超音速飞机要跟音爆说“再见”

体验超音速旅行一直都是很多人的梦想。但是，自从超音速客机“协和号”在 2003 年退役后，这项体验就基本与普通人无缘了。虽然协和式飞机运营的时间不长，但却代表了一个时代技术的惊人进步。

（图片：NASA官网）

协和式客机为世界上少数曾投入商业使用的超音速客机，是由法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机。

它能够在18000米的高空以2.02倍音速巡航，从巴黎飞到纽约只需约3小时左右，比普通民航客机节省超过一半时间，所以虽然票价昂贵但仍然深受商务旅客的欢迎。

但是2000 年，协和式飞机发生了那场著名的空难，机上 100 人全部遇难，从此便一蹶不振，再加上这种客机产生的巨大噪音屡屡遭到居民投诉，3 年后这种飞机黯然退场。在接下来的很长一段时间，这种飞机只能沦为“被收藏在博物馆等着被缅怀”的境地。

然而近年来，超音速飞机又卷土重来，成为了航空航天业的热点。其中，美国美国国家航空航天局(NASA)更是携手全球最大军用机制造商洛克希德·马丁公司，高调宣布将让超音速客机重返蓝天。

2016 年 2 月 29 日，NASA 就曾向洛克希德·马丁投过 2000 万美元用于启动研发“安静” 的超音速飞机。2018 年 4 月 2 日，NASA又宣布向洛克希德·马丁公司投资约 2.48 亿美元，用于生产低音噪的超音速示范客机(LBFD)的试验性飞机。

NASA将这架飞机命名为X-59 ueSST(X-59 uiet Supersonic Transport)。X-59机长27.4米，重9.072吨，巡航速度为1.4-1.45马赫，巡航高度为14935-15545米。未来10年，NASA还将在该低声爆超音速飞机上投资超过106亿美元。

NASA之所以花大力气研发低噪音飞机是因为，音爆是阻碍超音速客机重返蓝天的最大障碍之一，只有降低音爆才可能使超音速客机重新回归商业运营。

所谓的音爆是指，当飞机飞行速度超过音速，即海平面速度每小时约1225公里，飞机对周围空气施加压力，所产生的冲击波汇合时，便会制造震耳欲聋的音爆。

音爆的能量巨大，一架低空超音速飞行的战斗机产生的声爆足以震碎门窗玻璃。有人测量过，一架在16000米高空以两倍音速飞行的“协和”客机产生的声爆，对地面产生的压强高达100帕，相当于在一块一平方米左右的玻璃窗上施加10千克的力。如果把压强换算成更直观的声强，100帕大约相当于133分贝，而人耳的听觉上限一般是120分贝，超过120分贝的声音就可能破坏耳膜和听觉神经，引起耳聋。于是，音爆问题就成了超音速客机发展的“瓶颈”。

既然要攻克音爆难题，那就不仅要知其然还要知其所以然。今年3月，NASA就利用空对空纹影法(Schlieren photography)成像技术，创纪录地首次拍摄到2架超音速飞机震波交互作用的照片。

为了获得超音速飞机突破音障后看不见的冲击波数据，NASA的工程师在一架B-200空中国王上安装了特殊的拍摄仪器，可以检测气压的快速变化，并获得数字化的图像。B-200被安排在大约9100米的空中飞行，两架T-38超音速飞机在它的下方，以间隔10米超音速通过。

参与拍摄的飞行员艺高人胆大，技术精湛，NASA团队最终顺利拍摄到了这些美丽的图像，这是NASA首次空对空拍摄的超音速飞机冲击波相互作用的图像，将有助于未来设计制造静音的超音速飞机。

NASA采用目前业界统一使用的“感觉噪声等级”(PLdB)来量化声爆的大小。以“协和”为例，其PLdB的数值达到105，很难被人们接受。研究人员认为，75是陆地上空超音速飞行的可接受值，而NASA则要求将其降到70甚至更低。

飞机降低噪音的秘诀在于其独特的形状结构，因此要使PLdB降低至70甚至更低那就必须创新飞机的外形结构。

NASA的研究表明，新一代超音速客机X-59 ueSST应使用针状的鼻椎、更加圆滑的机身、三角翼和大后掠角翼，这些气动外形在降低声爆上有着突出的效果。

在传统超音速客机设计中，分别机头、座舱盖、进气口、机翼和尾翼的激波在大气中传播时会聚集，进而产生更强的N型激波。低声爆设计技术就是通过对飞机外形进行优化，使机身不同部位产生强度更小的激波。同时，这些激波也不会产生汇聚。也就是说，将N型激波的压力峰值变小，成为S型激波，从而声音到达地面时会听起来比较“柔软”。

飞机的造型设计往往牵一发而动全身，外形的变化使得X-59 ueSST超音速飞机的内部也出现了颠覆性创新。最大的不同就是X-59 ueSST没有了“眼睛”。

由于X-59的前舱被设计成了长长的针状，普通客机驾驶室前方的玻璃在这架超音速飞机上不见了踪影(换言之驾驶员无法直接看到飞机前方的景象)，而是被一个名为eXternal isibility System(XS)的系统取而代之。

XS系统包括两个安装在飞机前部的摄像头、一块4K超高分辨率电视屏幕、两块辅助屏幕以及一个收集地形数据的先进计算机系统。

摄像头将舱外图像实时传输到4K屏幕上，再加上计算机提供的地形数据，为驾驶员提供全方位景象，从而确保安全飞行。

NASA希望达到的理想状态是人们听到X-59 ueSST超音速飞机产生的噪音与关汽车门所产生的噪音相当。

X-59超音速飞机还被粉丝们亲切地称为“协和之子”，将在2021年进行测试飞行，如果能投入商用，从伦敦飞往纽约将只需花费三个小时。

根据目前的进展，NASA预计，符合低声爆标准的新一代超音速客机有望在未来10年左右实现首飞，未来15年内投入使用。

还值得一提的是，本周较早时，美国联邦航空管理局(FAA)宣布，正着手修订测试规则，为民用超音速飞机最终重返蓝天铺平道路。

这么看来，人们追求超音速飞行的梦想会在不久的将来真正实现。