超音速客机：少数派的速度与激情 时间: 2025-12-21 17:07:35 |   作者: 案例展示

　　一位曾搭乘协和式客机从巴黎到纽约的旅客的体验心得后来成为了名言：我还没出发就已提前到达。超音速客机一度迎来了它的辉煌。然而，苛刻的飞行条件、降低音爆的难题、高门槛的研发状态及令人担忧的安全性能，注定了目前超音速客机只有少数国家“玩”得起。

　　在刚刚结束的2013年莫斯科国际航展上，民航客机图144的出现引人注目。它的亮点用三个字就能概括：超音速。人类对于速度的追求，无疑使飞机承载了很大的期望。

　　绿皮火车到高铁的转换让不少人觉得更便捷、更高效，这对于普通客机和超音速客机而言，亦是如此。然而，飞行条件的限制、降低音爆的难题、高门槛的研发状态及令人担忧的安全性能，注定了目前超音速客机的研制只有少数国家能一展激情。

　　就在今年8月16日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）研发的超音速客机，在瑞典进行飞行试验时失败，试验机在飞行过程中发生异常振动，随后降落地面。受本次试验失败的影响，在查明原因前，JAXA的下一次飞行试验也不得不延期进行。

　　事实上，超音速客机也曾在航空史上辉煌过。这一领域的杰出代表相信很多人也不会陌生，那就是英国、法国于上世纪70年代联合制造的协和式客机。

　　协和式客机和前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。协和式客机曾获得“全球最安全客机”的称号，直至目前，仍被认为是世界上飞得最高、最快的民用客机。

　　协和式客机在1969年首飞，1976年投入服务，它能在15000米的高空以2.02倍音速（音速约为340米/秒）巡航，从巴黎飞到纽约只需约3小时20分钟，比普通民航客机节省超过一半时间。

　　一位搭乘协和式客机从巴黎到纽约的旅客的体验心得后来也成了名言：我还没出发就已提前到达。因为巴黎和纽约的时差为6小时，当乘客飞抵纽约后，需要将手表指针回拨近3小时才能和当地时间一致。

　　直到2000年7月25日，一架协和式客机起飞后因油箱被轮胎残片击中引发失火，导致这架客机起飞后坠毁在机场附近的旅馆，最终造成113人死亡。坠毁过程被当地民众拍摄下来，对当时的社会大众心理产生了严重的影响。最终，由于载客量长期不足，协和式客机于2003年退役。

　　“飞机本身的研制是一个非常精密、复杂的系统工程，超音速客机更是如此，门槛颇高，要解决的难点非常之多。”中国科学院院士曹春晓在接受《中国科学报》记者正常采访时表示。

　　首当其冲的便是降低音爆的难题。“超音速客机在飞行中一旦速度到达1马赫（物体运动的速度与音速的比值为马赫），就会出现音爆现象，这样的一个问题至今也没有特别好的处理方法。”曹春晓说。

　　可能你看过这样的视频：超音速战斗机加速的一瞬间，机身中后部忽然出现圆锥状的音锥。这便是音爆现象。原因主要在于，当物体速度达到音速时，声波会相互干扰和影响，冲击波相互挤压还会产生爆炸声。在极端环境下，足以震碎地面的窗户玻璃。

　　美国探索频道就做过类似的试验，当时美国海军的F18战斗机以超音速从170米的高空掠过，地面房子的窗户和门，就因其产生的激波被震坏。也正因为这样的原因，商业航班及公务机的内陆超音速飞行是被严控的。

　　“这也使得许多机场不愿意接纳超音速飞机，因为噪声污染极大。”北京航空航天大学教授刘沛清在接受《中国科学报》记者正常采访时说，当年协和式客机的运营也一直被限制在英、法、美三国，难以开拓更广阔的市场。

　　今年5月，美国航空航天局（NASA）基础航空高速研究项目经理彼得科恩就曾对媒体表示：“NASA正准备启动一个关于超音速X系列验证机的计划，为民航部门提供一批能降低音爆的超音速飞行技术，并建造验证机。”

　　早在2008年，美国的波音和洛马公司就分别对各自设计的低音爆超音速客机方案进行了风动试验。有多个方面数据显示，这两款飞机相比协和式客机的噪音降低了30～35分贝。

　　“苛刻的飞行条件使得超音速客机航材的选择也很重要，这也是保障安全性的门槛之一。”曹春晓说，超音速飞机最热的部分除了发动机之外就是机头头锥，这对材料的耐热性、张力都是考验。

　　比如当年的协和式客机，在飞行时其头锥最高温度可达127℃，机身后段也可能超过90℃。但是协和式客机的主体材质为硬铝（飞行器专用铝材），仅在升降副翼与发动机短舱等部位使用了钛合金。但是2.02马赫的目标速度已逼近硬铝的高温极限。

　　超音速飞行期间，协和式客机的机身会因热胀冷缩膨胀延长达300毫米。这使得飞行工程师的仪表板与客舱隔板间的距离会在飞行途中增加并形成一条空隙。

　　当初协和式客机退役飞行时，有一个有意思的细节，就是飞行工程师会将自己的帽子放置于空隙中，当飞机降落冷却后，帽子就会永久被夹在其中。

　　“现在和未来正在研发的超音速客机，飞行速度可能更高，这就需要更多采用钛合金和复合材料。”曹春晓举例说，美国的SR-71战略侦察机，其飞行速度能达到3马赫，飞机表面最高温度会达到300℃。因此，SR-71机体重量的93%都采用了钛合金。

　　“超音速客机的机身特点，因其飞行特性也有别于普通客机。”刘沛清说，飞行速度低的小型飞机，一般选择长方形的机翼；大型的高速飞机则普遍采用后掠的梯形机翼；而超音速飞机则采用三角机翼，细长的机身能将飞行产生的阻力降到最小，其油箱系统也是纵向设计，使得飞机能更适合超音速飞行。

　　2012年，美国麻省理工学院的科研人员还向媒体公布了一项新型的超音速客机外形。他们开展了多次模拟，在不同速度的飞行环境下对700种机翼结构可以进行测试，最终采用了一种复翼结构，就像是一个机翼叠加在另一个机翼的上方。

　　科研人员认为，这一设计能降低每个机翼产生的冲击波，使得客机在超音速飞行时的阻力减小。目前，该研究小组正打算对这一设计在风洞中来测试。

　　在刘沛清看来，超音速的发动机选择也很重要。迎风面积较小、低涵道比的涡轮喷气发动机更适合超音速客机，这有助于减少阻力，加快排气速度。

　　就在两年前，洛马公司曾设计了一款超音速绿色飞机，其最大亮点就是采用了倒“V”字形引擎。据报道，其工作原理类似赛车上的导流板，用于改善气流和降低音爆。

　　“超音速客机的研制涵盖了多个学科，制造环节也极其复杂，需要多方面的技术积累与试验。”刘沛清认为，尽管有部分国家在尝试这方面的研发制造，但注定不会是普遍的状态。

　　显然，超音速客机的研制仅是少数派的速度与激情，何时能再次商用，大家只能拭目以待。