中国商飞又憋出大招了,C919和C929如期研制生产中,C949的蓝图规划又提上了日程。不同于前两种常规的民航客机,C949未来的飞行将是超音速的。
大众的普遍印象里,超音速飞行只局限于军用飞机领域,民航领域的超音速飞行长期以来难以解决的问题是,飞行途中如雷鸣般的音爆。
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这是为什么苏联和欧洲历史上都曾推出过超音速客机,而且还投入过商业飞行,但最终又停飞的缘故。
中国商飞接下来要推出我们自己的超音速客机,原来的那些问题能不能得到有效解决呢?具体的研制时间表又是什么呢?
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先来看一下此前的超音速客机的大概发展历程是什么吧。
图-144,苏联推出的史上最早超音速客机
很多人或许会以为超音速客机是近些年来的研究产物,但实际上还在上世纪50年代,苏联和西方国家就已经投入到这一领域的研究了。
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1950年左右,世界上已经研制生产出了喷气式客机,其飞行速度达到了亚音速状态,满足日常客运绰绰有余。但是随着军用飞机的速度达到了超音速状态,各国也希望民航客机能够提提速。
就这样,随着二战的结束,苏联和西方几个大国就正式投入到了超音速民航客机的研发之中。伴随着冷战的开启,东西方之间都试图把竞争对手压一头。
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双方从50年代中期开始在技术上你追我赶,一直到上世纪60年代中后期,正式的飞机才落地。
苏联方面,图波列夫设计局完成了图-144超音速客机的研制生产,那是1968年的最后一天,世界上第一架超音速客机完成了首次试飞,飞行时长达37分钟。
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在这场竞赛中,西方国家落后了两三个月。英法两国联合研制的协和式飞机直到1969年3月2日才完成了首次试飞。
当年曾坐过飞机的苏联乘客表示,坐在机舱里感觉自己像宇航员,这可不是夸张的说法。相对于普通的民航客机,超音速客机的飞行速度确实快。
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图-144,飞机的每小时飞行里程可以达到2500km,协和式飞机的里程稍低一些,但是也能达到每小时2150km。两种飞机的飞行高度分别是19000m 和 18000m。可见,在飞行参数上,图-144更胜一筹。
虽然图-144的性能更好一些,但是其运营时间却相当短暂。
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音爆和成本难以承受
图-144之所以飞得更高,是因为在设计之初就考虑了超音速飞行时的音爆问题。由于飞机主要在苏联境内飞行运营,如果不能爬升的更高,飞机产生的音爆就会对地面的建筑造成破坏。
对比之下,英法研制的协和式飞机随后的运营路线是从欧洲到美洲,飞行区域都是渺无人烟的大西洋上空,所以飞机可以飞的稍微低一些。这样一来,两种飞机的重量以及油耗就会存在些许差异。
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1973年,在当时的巴黎国际航展上,一架超音速客机突然空中解体,造成机组人员和地面村民在内一共14人死亡。这起空难事故推迟了图-144飞机的量产。
不过到1977年,苏联方面还是制造了16架超音速客机,其中有两架正式投入到了商业运营中。飞机飞行的航线是从莫斯科到哈萨克斯坦的阿拉木图。
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普通的民航客机原来需要5小时才能飞完3260km的里程,超音速客机不到两小时就能完成飞行,客机运行的时速在2000km左右,飞行高度达到17000m。
乘客后来回忆说,飞机上升的速度之快,仰角之大,让大家误认为是乘坐在发射升空的宇宙飞船里。
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然而,图-144最终全部飞行的班次只有55次,运送的旅客为3284人。原来,在1978年新飞机测试期间又发生事故,导致机组人员遇难,政府最终停止了超音速客机的商业运营。
也就是说,图-144运营的时长不到一年。事故只是一方面的原因,另一方面的原因在于成本不划算。
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飞机在飞行中要避免音爆对地面的影响,飞得更高,燃油成本也就更高,这导致图-144的票价是普通民航客机的两倍之多。
上座率并不高,与此同时,燃料维护成本以及地面设施的建设等等费用却高得惊人。苏联原本打算开通国际商业航线,但迟迟没有达成。
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综合因素之下,图-144停飞,并且停止了继续生产,其余飞机后来只用于训练和试飞。协和式飞机的情况,运营的时间较长,但实际上也一直被音爆问题困扰。
50多年里,不能在陆地上空“超速”
苏联人觉得协和式飞机更幸运,因为后者直到2003年才彻底停止运营。但实际上,协和式飞机运营也一直面临着音爆乃至成本问题。
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只不过,欧洲和美国有大量的富豪随时想体验一番超音速飞行的感觉,他们愿意花更多的钱,只用3个半小时就飞越大西洋,这在一定程度上确保了飞机还有钱可赚。
然而,在实际的飞行中,客机在美国上空不能进行超音速飞行,只有飞到大西洋上空后才能“超速”飞行。
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还在上世纪70年代初期,联邦航空管理局就出台了禁令,明确要求民用客机在美国本土上空不能突破音速飞行。
如此一来,每当飞机飞到美洲上空后,只能减速飞行,和普通的民航客机没什么区别,导致其飞行航线大大减少,甚至有的机场还拒绝其升降。
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这样的局面一直伴随到协和式飞机停运。进入21世纪后,由于航空燃料猛烈上涨,西方国家也撑不住超音速客机运行的高额成本,最终在2003年彻底停掉了航线。
所以说,不管是图-144还是协和式飞机,此前这两种超音速客机都未能解决音爆问题。那么,音爆问题究竟有多严重呢?
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噪音污染相当严重
理论上来说,现在在技术上制造超音速客机并不难,最大的难点在于音爆问题不能解决。飞机的速度如果比声音还要快,就像物体快速搅动水流,接下来就会产生剧烈的波动。
由于飞行速度太快,飞机前方的空气根本来不及被推开,由此就被挤压形成了圆锥形的空气墙,它的学名叫做马赫锥。
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在飞机飞行途中的搅动之下,一连串的震动波在空中相互碰撞和叠加,然后又一次次的扑向地面。飞机的飞行高度距离地面越低,产生的音爆也就越大。
在一定程度下,音爆甚至能将人的耳朵震聋,所以也能轻松震碎各种建筑物上的玻璃。协和式客机在早年的飞行测试中,甚至能将地面的石膏给震碎震裂。
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也正因为音爆问题太严重,所以像美国等国家才出现了飞行禁令,不允许超音速客机在陆地上空超速飞行。
中国商飞未来要研制C949,首先要解决的问题就是音爆问题。
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噪音降低到只有1/20
近期,中国商飞的工程师发表了最新的论文,他们勾勒出的C949飞机,其飞行航程不但比协和式飞机提高了50%,音爆更是降低到了只有原来的1/20。
音爆降低之后,其分贝只有83.9,这种噪音相当于吹风机发出的呼呼声。也就是说,如果未来音爆问题彻底解决,C949就能重新定义超音速飞行的规则。
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从目前透露出来的情况看,未来机身的设计将会有很大程度的改变。原来的协和式飞机,飞机整体设计的又细又长,在最大程度上可以减少空气阻力。
C949机身设计,可能会采取可变形的机身,还带有能够弯曲的反向外倾中段。这样一来,飞机整体就能减小空气的阻力,同时减弱冲击波,进而延迟空气和机身接触而产生猛烈的轰鸣。
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降低音爆的同时,未来也要考虑成本问题。
票价1万美元,你愿意坐吗?
业内人士认为,现在的超音速客机面临的音爆难点,可以通过技术的革新和改进尽量解决,还有另外一个成本的难点,恐怕在实际的运营中很难找到平衡点。
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比如早年协和式客机运营的时候,伦敦到纽约的航线以及巴黎到纽约的航线,一张机票的价格就高达1万美元。
为什么价格会如此高?因为飞机上安装了4台发动机,一个小时就能耗掉20吨航空燃油,这是普通民航客机耗油量的4倍之多。
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耗油还不是最花钱的,最花钱的其实是维护维修成本。飞机要超音速飞行和空气摩擦会导致机身表面温度骤升,这对于飞机整体的结构来说是一种相当严重的损害。
每飞行300个小时,就得停飞至少6个星期进行全面的维护维修,维修的成本要远远高于运行时耗油的成本。
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在这种巨大的成本消耗下,任何一家航空公司都吃不消。要知道,常规运营之下,国内像南方航空公司这样的大型企业都能连续几年亏损。
如果未来航空公司真的再养几架超音速客机,那就相当于每分每秒都在烧钱了。所以说,目前的问题不仅仅在技术层面,还在成本层面。
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结语
除了中国商飞在规划C949,国内另一家公司凌空天行科技也宣布在进行超音速飞机的研发。今年年初的时候,这家公司还发布了一款超音速飞机。
飞机整体长7米,重量达1.5吨,使用了两台发动机,飞行速度每小时达到4900km,飞行高度20km。据说全球出行可以3小时抵达,不过其载客量只有4人。
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目前的情况来看,噪音问题需要持续优化,成本问题也得彻底解决。谁都不知道超音速客机未来何时能真正运营飞行,但谁都知道,目前除了我国,其他国家也都开启了这项研究。
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