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在出发前抵达

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不久的未来,当你由伦敦出发向西飞往纽约,你有可能在出发时间前就到达目的地―当然,前提是,你负担得起价格不菲的机票。

空客公司最近表示,目前正和美国Aerion航空技术公司合作研制一款AS2超音速客机。该飞机时速可以达到1960公里,相当于音速客机的4.5倍,从伦敦到纽约仅需要3个小时,而现在乘坐普通客机要七八个小时。

这意味着,如果飞机起飞时间为伦敦清晨、走西行航线,由于时差,乘客能赶上纽约当天的日出。

“在出发前抵达”,这也是英国航空公司为其运营的协和式飞机超音速客机,提出的一个宣传语。不过随着2003年10月,作为当时唯一一款超音速飞机的协和式客机正式退役,已经有12年没有此类飞机起飞了。

提高速度一直是航空公司追求的目标之一。工程师可以靠改动飞机的外形、减轻机身重量来做到这点。但对于超音速客机来说,最难突破的并不是速度,而是要降低音爆造成的影响。在空客最近公布的关于AS2的各项专利中,最重要的正是关于如何解决这点的。

当飞机飞行的速度接近音速时,飞机受到的阻力会骤然上升,速度也会衰减。此时,飞机对行进方向空气的压缩无法迅速传播,逐渐会在迎风面积累起一个巨大的屏障。与此同时,飞机和空气摩擦产生巨大的噪音,其能量会在这个屏障上高度集中。而由机的速度接近音速,导致声波无法跑到飞机前方,因此全部堆叠在机身后方,形成音锥。

无论机头的屏障和机身后方的音锥波及到什么物体,均会有强烈的震动。当乘客处于屏障和音锥的影响范围中,耳鼓膜会因空气压强的变化,感受到短暂但是十分强烈的爆炸声,这种响声就称为“音爆”。

所以,乘坐超音速飞机要忍受比普通客机还要吵的噪音。在服役的20多年里,协和式飞机就是因为这个原因被禁止在大陆上空以超音速的速度飞行。另外,该飞机起落时噪音太大,除了伦敦、巴黎和纽约等地,绝大部分地区也都不让它起落。

AS2的解决方案是,采用类似火箭的飞行方式,它的底部安装了火箭发动机,在加速至超音速的过程中,飞机会近乎垂直地飞行。因此,主要的噪音将来自飞机下方。而声音的能量会在飞机下方的圆形区域中被分散,和大地平行,并且声波不会影响到地面。

“噪音维持的时间不会超过一分钟。”空客在这份最新超音速飞机的专利中表示。一分钟后,AS2将会进入3万至3.5万米左右的高空―一般客机的平均飞行高度为9000至1.2万米,仍停留在对流层,协和式飞机的平均飞行高度也不过1.8万米。而AS2和协和式飞机都在气流相对平缓的平流层飞行,并不需要根据天气情况调整航线。AS2飞得更高,飞行环境的空气更稀薄,阻力也会相应变小。

与很多航空技术一样,超音速飞机也诞生于军事领域。当年安装在协和式飞机上的发动机,一开始是给轰炸机提供动力的。它装配了4个由劳斯莱斯和斯奈克玛公司联合研制的奥林匹斯593涡轮喷气发动机,是当时全球范围内推力最大的涡轮发动机,借助其巨大的推力,飞机可以加速至超音速。

不过在AS2上,涡轮喷气发动机只是一个配角,仅在起飞、降落和滑行的时候发挥作用。

在AS2离地起飞时,飞机会使用后部的火箭发动机和机身下方的两个涡轮喷气发动机,而将飞机垂直推向高空的主要是火箭发动机。当飞机达到音速时,涡轮喷气发动机会关闭,并收进机身。火箭发动机此时将飞机推到3万米的高空,达到巡航高度(飞机完成起飞阶段进入预定航线时的高度),之后,火箭发动机也将关闭并收入机身,最后由机翼处的冲压式发动机将AS2加速至理想的超音速。

3个发动机不仅各司其职,它们消耗的燃料也不尽相同:火箭发动机消耗的是各种形式的氢燃料,助燃的是液态氧;涡轮喷气发动机主要的燃料则是传统的煤油,助燃剂是空气中的氧气。

不过,无论以哪种发动机为主,超音速飞机都非常费油―这可能也是它一直无法实现大规模商业应用的原因之一。

协和式飞机一次可承载95.6吨燃油,但每小时的耗油量为20.5吨,是一般客机的两倍。因此协和式飞机的飞行时间不会超过5小时,航程仅7000多公里。鉴于这些限制条件,协和式飞机只能勉强飞过大西洋,而不能横跨太平洋,航程远低于一般的民航客机―以波音747-400为例,其航程可达到1.345万公里。

至于AS2,虽然空客并没有透露其火箭发动机在飞机升空的过程中会消耗掉多少燃料,但想想火箭升空―短短几十秒内燃烧掉的燃料能达到几十吨甚至上百吨。

另外,超音速飞机的载客量也有限。受限机的重量,它不能承载太多人。协和式飞机的标准客座仅100个,但是在它又窄又短的机舱里排下这些座位还是会显得拥挤。当年就有不少乘客抱怨乘坐协和式飞机“又挤又吵”。

AS2考虑了如何改善乘坐环境和舒适度―代价是,它规划的座舱范围仅10米,只能搭乘12名乘客。

高耗油量和相对较少的载客量意味着超音速飞机的票价非常高。在2003年,伦敦到纽约的协和式飞机往返机票就要6999美元。1976年投入使用时,英航和法航为协和式飞机共同推出了跨大西洋至美国的航线,但运营的前6年,两家航空公司都在赔钱。

高票价将超音速飞机的目标客群限制在了金字塔顶端的少数有钱人。虽然“又挤又吵又贵”,但乘坐超音速飞机毕竟是件很酷的事,因此协和式飞机的常客多为政界人士、公司高管或者是影视明星。随着形象的提高,乘客越来越多,航空公司也开始盈利,协和式飞机带来的盈利曾一度占到了英航总盈利的1/4。

这也是为什么空客等公司现在仍然有动力研发新的超音速飞机技术,空客表示,AS2未来会主要用做商务机,或为VIP客户服务。

负责组装AS2的Aerion公司已经开始在美国寻找一处面积不小于0.4平方公里的生产厂址,并计划在2016年上半年选择引擎制造商。按照空客的计划,如果2021年实现了首飞,2023年就能够交付。到那个时候,天空上将再次出现载着乘客去“追赶日出”的超音速飞机。 空客如何实现超音速 该喷气式飞机的动力来自于3种不同类型的发动机,它们会在飞机起飞升空、进入巡航高度,直至最后加速至每小时1960公里的不同阶段依次发挥作用。