中國商飛又憋出大招了,C919和C929如期研制生產中,C949的藍圖規劃又提上了日程。不同于前兩種常規的民航客機,C949未來的飛行將是超音速的。
大眾的普遍印象里,超音速飛行只局限于軍用飛機領域,民航領域的超音速飛行長期以來難以解決的問題是,飛行途中如雷鳴般的音爆。
這是為什么蘇聯和歐洲歷史上都曾推出過超音速客機,而且還投入過商業飛行,但最終又停飛的緣故。
中國商飛接下來要推出我們自己的超音速客機,原來的那些問題能不能得到有效解決呢?具體的研制時間表又是什么呢?
先來看一下此前的超音速客機的大概發展歷程是什么吧。
圖-144,蘇聯推出的史上最早超音速客機
很多人或許會以為超音速客機是近些年來的研究產物,但實際上還在上世紀50年代,蘇聯和西方國家就已經投入到這一領域的研究了。
1950年左右,世界上已經研制生產出了噴氣式客機,其飛行速度達到了亞音速狀態,滿足日常客運綽綽有余。但是隨著軍用飛機的速度達到了超音速狀態,各國也希望民航客機能夠提提速。
就這樣,隨著二戰的結束,蘇聯和西方幾個大國就正式投入到了超音速民航客機的研發之中。伴隨著冷戰的開啟,東西方之間都試圖把競爭對手壓一頭。
雙方從50年代中期開始在技術上你追我趕,一直到上世紀60年代中后期,正式的飛機才落地。
蘇聯方面,圖波列夫設計局完成了圖-144超音速客機的研制生產,那是1968年的最后一天,世界上第一架超音速客機完成了首次試飛,飛行時長達37分鐘。
在這場競賽中,西方國家落后了兩三個月。英法兩國聯合研制的協和式飛機直到1969年3月2日才完成了首次試飛。
當年曾坐過飛機的蘇聯乘客表示,坐在機艙里感覺自己像宇航員,這可不是夸張的說法。相對于普通的民航客機,超音速客機的飛行速度確實快。
圖-144,飛機的每小時飛行里程可以達到2500km,協和式飛機的里程稍低一些,但是也能達到每小時2150km。兩種飛機的飛行高度分別是19000m 和 18000m。可見,在飛行參數上,圖-144更勝一籌。
雖然圖-144的性能更好一些,但是其運營時間卻相當短暫。
音爆和成本難以承受
圖-144之所以飛得更高,是因為在設計之初就考慮了超音速飛行時的音爆問題。由于飛機主要在蘇聯境內飛行運營,如果不能爬升的更高,飛機產生的音爆就會對地面的建筑造成破壞。
對比之下,英法研制的協和式飛機隨后的運營路線是從歐洲到美洲,飛行區域都是渺無人煙的大西洋上空,所以飛機可以飛的稍微低一些。這樣一來,兩種飛機的重量以及油耗就會存在些許差異。
1973年,在當時的巴黎國際航展上,一架超音速客機突然空中解體,造成機組人員和地面村民在內一共14人死亡。這起空難事故推遲了圖-144飛機的量產。
不過到1977年,蘇聯方面還是制造了16架超音速客機,其中有兩架正式投入到了商業運營中。飛機飛行的航線是從莫斯科到哈薩克斯坦的阿拉木圖。
普通的民航客機原來需要5小時才能飛完3260km的里程,超音速客機不到兩小時就能完成飛行,客機運行的時速在2000km左右,飛行高度達到17000m。
乘客后來回憶說,飛機上升的速度之快,仰角之大,讓大家誤認為是乘坐在發射升空的宇宙飛船里。
然而,圖-144最終全部飛行的班次只有55次,運送的旅客為3284人。原來,在1978年新飛機測試期間又發生事故,導致機組人員遇難,政府最終停止了超音速客機的商業運營。
也就是說,圖-144運營的時長不到一年。事故只是一方面的原因,另一方面的原因在于成本不劃算。
飛機在飛行中要避免音爆對地面的影響,飛得更高,燃油成本也就更高,這導致圖-144的票價是普通民航客機的兩倍之多。
上座率并不高,與此同時,燃料維護成本以及地面設施的建設等等費用卻高得驚人。蘇聯原本打算開通國際商業航線,但遲遲沒有達成。
綜合因素之下,圖-144停飛,并且停止了繼續生產,其余飛機后來只用于訓練和試飛。協和式飛機的情況,運營的時間較長,但實際上也一直被音爆問題困擾。
50多年里,不能在陸地上空“超速”
蘇聯人覺得協和式飛機更幸運,因為后者直到2003年才徹底停止運營。但實際上,協和式飛機運營也一直面臨著音爆乃至成本問題。
只不過,歐洲和美國有大量的富豪隨時想體驗一番超音速飛行的感覺,他們愿意花更多的錢,只用3個半小時就飛越大西洋,這在一定程度上確保了飛機還有錢可賺。
然而,在實際的飛行中,客機在美國上空不能進行超音速飛行,只有飛到大西洋上空后才能“超速”飛行。
還在上世紀70年代初期,聯邦航空管理局就出臺了禁令,明確要求民用客機在美國本土上空不能突破音速飛行。
如此一來,每當飛機飛到美洲上空后,只能減速飛行,和普通的民航客機沒什么區別,導致其飛行航線大大減少,甚至有的機場還拒絕其升降。
這樣的局面一直伴隨到協和式飛機停運。進入21世紀后,由于航空燃料猛烈上漲,西方國家也撐不住超音速客機運行的高額成本,最終在2003年徹底停掉了航線。
所以說,不管是圖-144還是協和式飛機,此前這兩種超音速客機都未能解決音爆問題。那么,音爆問題究竟有多嚴重呢?
噪音污染相當嚴重
理論上來說,現在在技術上制造超音速客機并不難,最大的難點在于音爆問題不能解決。飛機的速度如果比聲音還要快,就像物體快速攪動水流,接下來就會產生劇烈的波動。
由于飛行速度太快,飛機前方的空氣根本來不及被推開,由此就被擠壓形成了圓錐形的空氣墻,它的學名叫做馬赫錐。
在飛機飛行途中的攪動之下,一連串的震動波在空中相互碰撞和疊加,然后又一次次的撲向地面。飛機的飛行高度距離地面越低,產生的音爆也就越大。
在一定程度下,音爆甚至能將人的耳朵震聾,所以也能輕松震碎各種建筑物上的玻璃。協和式客機在早年的飛行測試中,甚至能將地面的石膏給震碎震裂。
也正因為音爆問題太嚴重,所以像美國等國家才出現了飛行禁令,不允許超音速客機在陸地上空超速飛行。
中國商飛未來要研制C949,首先要解決的問題就是音爆問題。
噪音降低到只有1/20
近期,中國商飛的工程師發表了最新的論文,他們勾勒出的C949飛機,其飛行航程不但比協和式飛機提高了50%,音爆更是降低到了只有原來的1/20。
音爆降低之后,其分貝只有83.9,這種噪音相當于吹風機發出的呼呼聲。也就是說,如果未來音爆問題徹底解決,C949就能重新定義超音速飛行的規則。
從目前透露出來的情況看,未來機身的設計將會有很大程度的改變。原來的協和式飛機,飛機整體設計的又細又長,在最大程度上可以減少空氣阻力。
C949機身設計,可能會采取可變形的機身,還帶有能夠彎曲的反向外傾中段。這樣一來,飛機整體就能減小空氣的阻力,同時減弱沖擊波,進而延遲空氣和機身接觸而產生猛烈的轟鳴。
降低音爆的同時,未來也要考慮成本問題。
票價1萬美元,你愿意坐嗎?
業內人士認為,現在的超音速客機面臨的音爆難點,可以通過技術的革新和改進盡量解決,還有另外一個成本的難點,恐怕在實際的運營中很難找到平衡點。
比如早年協和式客機運營的時候,倫敦到紐約的航線以及巴黎到紐約的航線,一張機票的價格就高達1萬美元。
為什么價格會如此高?因為飛機上安裝了4臺發動機,一個小時就能耗掉20噸航空燃油,這是普通民航客機耗油量的4倍之多。
耗油還不是最花錢的,最花錢的其實是維護維修成本。飛機要超音速飛行和空氣摩擦會導致機身表面溫度驟升,這對于飛機整體的結構來說是一種相當嚴重的損害。
每飛行300個小時,就得停飛至少6個星期進行全面的維護維修,維修的成本要遠遠高于運行時耗油的成本。
在這種巨大的成本消耗下,任何一家航空公司都吃不消。要知道,常規運營之下,國內像南方航空公司這樣的大型企業都能連續幾年虧損。
如果未來航空公司真的再養幾架超音速客機,那就相當于每分每秒都在燒錢了。所以說,目前的問題不僅僅在技術層面,還在成本層面。
結語
除了中國商飛在規劃C949,國內另一家公司凌空天行科技也宣布在進行超音速飛機的研發。今年年初的時候,這家公司還發布了一款超音速飛機。
飛機整體長7米,重量達1.5噸,使用了兩臺發動機,飛行速度每小時達到4900km,飛行高度20km。據說全球出行可以3小時抵達,不過其載客量只有4人。
目前的情況來看,噪音問題需要持續優化,成本問題也得徹底解決。誰都不知道超音速客機未來何時能真正運營飛行,但誰都知道,目前除了我國,其他國家也都開啟了這項研究。
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