结论写在最前面:其实最核心的难点在于,经济性和噪声。但是世界上已经有很多家在做了,其中美国Boom受到的关注度最高,我会在回答最后介绍。

超音速飞行,和亚音速飞行是完全两个世界。能超音速的飞机长得和亚音速飞机完全不一样了。(据说湾流要做超音速飞机但是要求长相也就是气动布局和传统湾流没有太大改变,这就难了)

即使是1.01倍音速飞行,和0.9倍音速飞行,对工程学上的要求也完全不一样。但是实际速度并没有太大提升。所以更有实践意义的以运输为目的的超音速飞行至少要1.7倍音速吧。相比于传统亚音速飞机,快了一倍左右。

首先超音速飞行以后会有兴波阻力,简称波阻。1.7倍音速飞行时,波阻会非常非常大,直接造成油耗飙升,经济性惨不忍睹。

关于波阻,我在这篇文章里大致介绍过:

卢西:“音障”美如画,那它是哪来的呢

此外因为超音速了,气流会对机身传来规律性震动。这跟快艇在超过水波传播速度航行时受到规律性震动有那么一点共通之处。但是音爆是3D的。对抗此机械震动,需要强大的机身结构,这带来了结构重量,不巧的是,超音速飞机为气动优化需要细长型的身材,又进一步加大了结构重量。大体重进一步增加了油耗。战斗机为了节约这部分结构重量,是无法全程超音速飞行的,包括F22作为蓝星唯一拥有超音速巡航能力的战斗机也无法长时间超音速,而且它的超巡速度(1.82马赫)也远远低于极速(2.25马赫)。

然后就是发动机,亚音速客机都在用大涵道比涡扇发动机,而且涵道比越做越高(但是也快到极限了)。道理在下面的回答写了。

飞机涡轮风扇发动机最大的优点是什么?

在这个答案中我也解释了:单纯为了超音速飞行的飞机需要涡喷发动机,较高马赫数飞行的需要涡喷且装加力燃烧室。战斗机用小涵道比涡扇,是因为别的考虑,上面答案里也有。比如协和客机的发动机Olympus593双轴涡喷带加力燃烧室,为了单纯超音速飞行做的定义。

我就知道有人会提变循环,也不适合。变循环的目的是超巡能力、提升最大推力、亚音速飞行低油耗。而超音速客机要的只是单纯的超音速飞行,不需要别的能力,何必为不需要的能力而买单呢?上面回答里我也介绍了变循环发动机。再发一个关于变循环发动机的扩展阅读吧:

关于变循环航空发动机(VCE),如美国GE的f120,为什么要用到一个核心机驱动的风扇级(CDFS)?

涡喷的燃油效率远低于涡扇,经济性再度下降。

为什么高涵道的飞机试用于民航?

大推力载人飞机的现代化的涡喷带加力燃烧室,这个世界上并不存在。需要从头研发,需要钱和市场,现在这个市场还是非常幼稚的。假如用战斗机发动机的话,几乎不可行。首先小涵道比涡扇带加力燃烧室并不特别适合单纯超音速飞行,而且这玩意也不好买啊。再有,军机不像民机有全球的售后网络,配件供应仓库。

超音速飞行会产生音爆,噪音非常巨大。传说法国空军在对没有对空能力的对手作战时有一个战术,战斗机低空拉出音爆震慑对手。我在华盛顿DC的美国航空航天博物馆时,解说跟我讲,假如协和从DC超音速飞去圣地亚哥,站在芝加哥都能听到它的噪音。下图可以大概看一下这三个城市的相对位置。

所以后来协和也只能在海上超音速飞行,单纯是因为噪音的关系。

不过NASA的低音爆空气动力学试验机也做了(好像是洛克希德马丁做的)。详见NASA官网:Low-Boom Flight Demonstration

上图可见它收了个非常夸张的小蛮腰。机身从前到后,横截面积变化越平缓,它的音爆就越低(面积率原则)。也就是当机翼出现时,机身收窄,机翼最大处机身最窄。现代凡是能超音速的飞机多少都收了一点小蛮腰。但是这种结构也造成了机身强度的挑战,各方妥协,腰不能收太多。

下面是几家现在正在做超音速公务机的公司(美图赏析),其中Boom应该是走的最远的,据说今年或者明年要发动机选型了,声明不要战斗机发动机,要为商业飞行专门定义设计的发动机。前几天的事,Boom拿到了携程的投资,此外Boom到现在拿到了8500万美元的投资其中包括维珍老板Richard Branson,然后维珍航空还预定了他们的飞机,日航JAL也投了1000万美元。详见:China’s Ctrip invests in Boom Supersonic

看着这玩意这么火,国内的老板们想不想也投一笔呢?

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来源:知乎 www.zhihu.com

作者:卢西

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