發(fā)動(dòng)機(jī)成為超聲速客機(jī)回歸的關(guān)鍵

歷史上只有英法聯(lián)合研制的“協(xié)和”號(hào)和蘇聯(lián)的圖-144超聲速客機(jī)投入過商業(yè)運(yùn)營(yíng)。但因?yàn)榘踩阅?、運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境保護(hù)等問題，均沒有繼續(xù)發(fā)展使用。時(shí)至今日，超聲速商業(yè)飛行已消失了15年。近年來，伴隨著航空技術(shù)的突破和需求的增加，除了洛馬、波音等老牌制造商，博姆（Boom）科技、Aerion航空等初創(chuàng)公司也瞄準(zhǔn)了超聲速客機(jī)技術(shù)，使人們?cè)俅慰吹搅顺曀亠w行的希望。

博姆科技公司XB-1超聲速驗(yàn)證機(jī)

XB-1是博姆科技公司為其未來三發(fā)超聲速客機(jī)開發(fā)的一款1/3尺寸的驗(yàn)證機(jī)。XB-1長(zhǎng)為20.7m，翼展為5.2m，設(shè)計(jì)有雙人駕駛艙，具有尖銳的前機(jī)身和后掠機(jī)翼，最大起飛質(zhì)量為6.1t。

博姆科技公司本希望在2017年年底開始XB-1的飛行測(cè)試，但由于飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的修改和發(fā)動(dòng)機(jī)的采購(gòu)影響，其超聲速和亞聲速的飛行測(cè)試都將推遲到2019年進(jìn)行。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)完成空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和水平尾翼的集成，發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇為J85，并將加裝一個(gè)專門設(shè)計(jì)的幾何可調(diào)進(jìn)氣道和排氣系統(tǒng)。

然而，發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇仍是博姆科技公司超聲速客機(jī)長(zhǎng)期發(fā)展所面臨的重大問題。出于成本的考慮，博姆科技公司并不打算從零開始開發(fā)一款全新的發(fā)動(dòng)機(jī)，而更傾向于利用現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行衍生發(fā)展。對(duì)超聲速飛機(jī)制造商來說，缺乏具有合適低壓比壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)始終是一個(gè)大問題。比較合適的是涵道比為3～4的中等涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在這個(gè)工作點(diǎn)上飛機(jī)起飛的噪聲比較低，足夠低的涵道比不會(huì)引起太多波阻，并且能保證足夠的燃油效率。臭鼬工廠的飛行器設(shè)計(jì)與技術(shù)主任戴夫·理查森表示“盡管材料方面的技術(shù)進(jìn)步使核心機(jī)的工作溫度更高，但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的超聲速飛行來說，這種循環(huán)參數(shù)并不是最佳的。普惠公司舊有的JT8D或GE公司的J79比今天的發(fā)動(dòng)機(jī)更適合在特定的溫度下進(jìn)行超聲速飛行?！?/p>

博姆科技超聲速客機(jī)概念圖

Aerion公 司AS2超 聲 速客機(jī)

作為AS2超聲速客機(jī)項(xiàng)目的發(fā)起者，Aerion公司是這一領(lǐng)域的新手，早先聯(lián)合波音公司就飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)布局、電傳飛行控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。AS2計(jì)劃載客12人，最大巡航速度為馬赫數(shù)（Ma）1.4，計(jì)劃于2023年首飛，2025年完成適航取證。

GE公司Affinity發(fā)動(dòng)機(jī)

AS2超聲速客機(jī)概念圖

2017年，Aerion公司確定由GE公司為AS2超聲速客機(jī)提供動(dòng)力。2018年，GE公司正式發(fā)布第一款專門為公務(wù)機(jī)設(shè)計(jì)的超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)“親和力”（Affinity）。Affinity是一款雙軸的中等涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)，集成了一個(gè)類似于戰(zhàn)斗機(jī)的兩級(jí)風(fēng)扇和CFM56/F101的核心機(jī)，有9級(jí)高壓壓氣機(jī)，單級(jí)高壓渦輪和2級(jí)低壓渦輪。它在設(shè)計(jì)上的獨(dú)特之處在于有一個(gè)低阻力的進(jìn)氣錐，帶有可調(diào)后緣的固定進(jìn)口導(dǎo)流葉片和兩級(jí)寬弦整體葉盤風(fēng)扇。AS2的最大速度為Ma1.4～1.6，采用幾何固定式進(jìn)氣道來減輕質(zhì)量。Affinity使用環(huán)狀燃燒室，高壓渦輪和導(dǎo)向器被熱障涂層所覆蓋。發(fā)動(dòng)機(jī)尾部有一個(gè)復(fù)雜的陶瓷基復(fù)合材料排氣混合組件，類似的設(shè)計(jì)在GE公司的“通行證”（Passport）發(fā)動(dòng)機(jī)中曾使用過。有消息表明，Affinity發(fā)動(dòng)機(jī)采用了外部膨脹式（或塞式）可調(diào)噴管，由一個(gè)中心軸對(duì)稱的、能夠前后移動(dòng)的圓錐體構(gòu)成，能夠根據(jù)飛行狀態(tài)改變錐體頭部和尾噴管的相對(duì)位置，取代了收斂發(fā)散噴管等常規(guī)設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)整體裝在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的碳纖維短艙中，以減小截面積，從而減小阻力。另外，Affinity使用了全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）系統(tǒng)，被設(shè)計(jì)為既能在水面上以Ma1.4進(jìn)行超聲速巡航，又能在陸地上高效地亞聲速飛行，而不用修改現(xiàn)有的適航章程。在合適的氣候環(huán)境和復(fù)雜算法的控制下，AS2能以Ma1.2在陸地上空飛行而不產(chǎn)生聲爆現(xiàn)象，并符合第五階段關(guān)于飛機(jī)起飛和降落的噪聲要求。“它不是一臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，不是一臺(tái)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，也不像曾經(jīng)安裝在‘協(xié)和’號(hào)上的發(fā)動(dòng)機(jī)。它介于民用發(fā)動(dòng)機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)兩者之間?！?GE航空集團(tuán)副總裁兼公務(wù)及通用航空業(yè)務(wù)總經(jīng)理布萊德·莫提耶表示。

作為一家初創(chuàng)公司，Aerion聯(lián)合美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、波音、洛馬、霍尼韋爾、賓夕法尼亞州立大學(xué)等多家公司和研究機(jī)構(gòu)共同推進(jìn)AS2超聲速客機(jī)的開發(fā)?；裟犴f爾將為AS2提供航電系統(tǒng)，并開發(fā)一個(gè)整塊觸屏式座艙，使用為公務(wù)機(jī)開發(fā)的全聯(lián)通性解決方案和能實(shí)現(xiàn)跨洋飛行的下一代飛機(jī)控制系統(tǒng)。 “我們能夠帶來遠(yuǎn)航程的飛行計(jì)劃，直觀的駕駛艙演示和觸摸屏控制。目前我們正在圍繞超聲速飛機(jī)的創(chuàng)新顯示方法與NASA開展技術(shù)合作?！被裟犴f爾公司電子解決方案主要負(fù)責(zé)人卡爾·埃斯波西托表示。

未來的民用超聲速市場(chǎng)將以噴氣式公務(wù)機(jī)為基礎(chǔ)，提供多種商用高速飛行服務(wù)。Aerion公司將AS2客機(jī)看作其整個(gè)超聲速噴氣式公務(wù)機(jī)家族的起點(diǎn)。“從AS2得到的收益將幫助我們繼續(xù)開發(fā)AS3、AS4和AS5，” Aerion 公司首席執(zhí)行官（CEO）湯姆·維斯表示，“未來的AS3和AS4會(huì)有些改進(jìn)，如設(shè)置頭等艙等。盡管我們現(xiàn)在還沒有這樣做，但我們已經(jīng)有一個(gè)長(zhǎng)期的項(xiàng)目計(jì)劃了。”