
如果你最近听到过音爆,你可能还记得。
这种巨大的爆炸声——由飞机以超过音速的速度飞行引起——可能会令人震惊,甚至会震裂窗户。
音爆是今天没有超音速客机飞行的部分原因,也是协和式飞机成功的限制因素之一,协和式飞机最后一次飞行是在2003年。
超音速客机在陆地或海岸线附近飞行时被限制在亚音速,目前的国际法规仍然限制商业运输在陆地上的速度低于1马赫,即声速,以避免在有人居住的地区音爆的干扰。
现在,美国国家航空航天局正在努力改变这些规定,将吊杆变成“砰砰声”,为新一代更安静的超音速飞机铺平道路。
该机构正在通过一个名为“探索”(Quesst)的项目来实现这一目标,该项目是数十年研究的结果,以一种名为X-59的新型飞机为中心,该飞机于上周五首次亮相。
X-59是最新的一系列实验飞机,其中包括X-1,它在1947年成为第一架超过音速的载人飞机,和X-15,它仍然保持着有史以来最快的载人飞行记录,1967年以6.7马赫的速度设定。
这艘新飞船是由位于加州帕姆代尔的主承包商洛克希德·马丁臭鼬工厂设计和建造的,根据一份价值2.475亿美元(3.71亿美元)的NASA合同。
随着工厂的完成,X-59现在将进行综合系统测试、发动机运行和滑行测试,为首次飞行做准备。
它将于今年晚些时候首次起飞,之后将进行首次安静的超音速飞行。
“在短短几年的时间里,我们已经从一个雄心勃勃的概念变成了现实。美国宇航局副局长帕姆·梅尔罗伊在一份声明中说:“美国宇航局的X-59将有助于改变我们的旅行方式,让我们在更短的时间内更紧密地联系在一起。”
NASA总部高级顾问克雷格·尼科尔(Craig Nickol)在2022年表示:“它将比协和式飞机或目前存在的任何其他超音速飞机安静得多。”
“它又长又薄:几乎有100英尺长(30.5米),但翼展只有大约29英尺(8米)。机头是这架飞机的一个显著特征:它大约是飞机长度的三分之一。”
在超音速飞行时,光滑的外形在使飞机更安静方面发挥了关键作用。
但是音爆是如何发生的呢?
当飞机以亚音速飞行时,它通常产生的声波可以向各个方向传播;然而,在超音速下,飞机会留下自己的声音,这些声波会被压缩并合并成一个单一的冲击波,从机头开始,到机尾结束。
当这种高度压缩的冲击波遇到人耳时,它会产生巨大的轰鸣声,这种轰鸣声不会在飞机突破音障时发生,而是一种持续的效果,只要超过声速,在飞机下方锥形区域的任何人都能听到。
X-59的外形设计是为了防止冲击波聚集在一起。
相反,它们在策略性放置的空气动力学表面的帮助下展开。
唯一的引擎也在飞机的顶部,而不是底部,以保持平稳的低轮廓,防止冲击波到达地面。
因此,美国宇航局认为X-59在超音速飞行时只会产生75分贝的声音,而协和式飞机的声音为105分贝。
尼科尔说:“这意味着,这架飞机听起来可能像远处地平线上的雷声,或者像有人在拐角处关上车门。”
“甚至可能人们根本听不到轰鸣声,如果他们听到了,他们肯定不会感到惊讶,因为它会很低,分散开来,一点也不那么响。”
预计X-59将以1.4倍音速(1488公里/小时)的速度飞行。
在此之前,quest团队将在洛克希德·马丁公司的臭鼬工厂进行几次飞行测试,然后将飞机转移到美国宇航局位于加利福尼亚州的阿姆斯特朗飞行研究中心,该中心将作为其运营基地。
该计划的关键部分将于2024年晚些时候开始,届时将在美国六个住宅社区进行一系列试飞,这些社区被选中提供多种地理和大气条件。
尼科尔说:“这将是这个项目中有趣的一部分,因为我们将与公众接触,并产生一点公民科学。”
该计划让人想起1964年美国联邦航空管理局(FAA)进行的一项实验,当时超音速战斗机多次飞越俄克拉荷马城,以测试音爆对公众的影响。
但进展并不顺利,多达20%的人反对这种繁荣,4%的人提出投诉和损害索赔。
尼科尔说:“当然,我们不想重复这一点,这就是为什么我们首先要在有限的范围内测试这架飞机,测量所有的吊杆。”
“只有当我们对表演感到满意时,我们才会去社区,并小心地控制音爆的水平。”
一旦X-59在选定的区域上空飞行,美国宇航局将与地面上的社区接触,以衡量他们对噪音的反应。
我们的目标是证实75分贝的爆响是可以接受的理论。以这种方式收集的数据将提交给美国联邦航空局和国际监管机构。
美国国家航空航天局认为,法规的改变将为新一代超音速飞机打开天空,允许它们飞越目前不被允许的航线,比如纽约到洛杉矶,并将飞行时间缩短大约一半。
然而,我们不知道这些飞机将是什么样子,谁将建造它们,因为X-59不是原型机,而仅仅是技术演示。
“未来任何用于超音速飞行的低臂商用飞机的设计肯定会与此不同,尽管一些设计元素可以直接转化,”Nickol说,指着延长的机头,一些飞行控制系统,以及X-59独特的外部视觉系统,该系统为飞行员提供高清显示前方的情况,由于飞机的流线型机头没有实际的前面向窗口。
包括Hermeus、Boom和Spike在内的几家公司目前正在研发超音速客机,并计划在10年或更短的时间内让它们飞行。
然而,值得怀疑的是,他们中的任何一个都能够利用“探索”项目的发现,这可能会为下一代超音速飞机提供信息。
尼科尔认为,这种能够飞到任何地方的飞机,将使超音速旅行民主化,与协和式飞机的豪华地位形成鲜明区别。
他说:“如果你回顾100年前,包括铁路和飞机在内的许多先进的移动技术,一开始都是作为一种高级体验,但随着技术的进步和成本的下降,它们开始向普通大众开放。”
“长期目标之一是使这种形式的高速旅行成为一种广泛的应用,真的没有理由不能实现。”



