环保与发展摘抄，速度与环保的平衡

环保与发展摘抄，速度与环保的平衡此后不久，NASA宣布授予洛克希德·马丁公司一份价值2000万美元的研制合同，由后者研制超声速低声爆X验证机——安静超声速技术低声爆飞行验证机（QueSST）。按照合同，洛马将负责完成QueSST的初步设计，并在2017年4月进行初步设计评审。之后，NASA将采取公开竞标的方式选择制造商开展QueSST制造工作，2019年9月完成QueSST首飞。NASA商用超声速技术研发计划经理彼得·科恩透露，整个QueSST项目成本预计为3亿美元。今年3月，NASA对外宣布未来10年内将总计投资超过100亿美元用于X系列验证机的设计、制造与研究，并宣布超声速低声爆X验证机成为最先启动的项目。NASA表示将通过该项目研究公众对低声爆的接受程度，获取足够的飞行试验数据以说服适航当局解除在大陆上空进行超声速商用飞行的禁令，从而使人类重返超声速运输时代。2016年初，在奥巴马政府提交的2017财年（从2016

洛马公司的LM1044三发超声速客机方案。

NASA新的X飞机系列，将成为未来航空技术的探索者。

对于民航客机而言，超声速飞行就像一把双刃剑，一方面它可以有效地缩短时空的距离，让人与人之间面对面的交往变得更为便捷高效，另一方面它也因为会产生巨大的噪声污染而饱受非议，甚至一度为全球民航运输业界所不容。然而，随着人们对出行速度越来越高的追求，研制超声速客机再次成为世界范围内的一个热潮，而新技术新材料的广泛应用，也将使未来的超声速客机能够“扬长避短”，既快速高效又经济环保。

十年计划着眼未来

2016年初，在奥巴马政府提交的2017财年（从2016年10月1日至2017年10月1日）联邦预算申请提案中，一项达数亿美元的庞大预研资金引起了关注。这就是美国航空航天局（NASA）为期一个长达10年的航空研究计划申请的启动资金，该研究计划预计从2017年开始正式执行，旨在研究将通过改善飞机设计、飞机空中和地面的运营，降低飞机燃油使用、排放和噪声。

在这个10年计划中，新航空地平线计划（New Aviation Horizons）是其重要组成部分。其主要内容就是设计、制造和试飞一些新型的飞行验证机，即X系列飞机（X-Planes），利用这些验证机试验先进技术和创新设计，以缩短技术被工业界采用和转移到市场的时间。在NASA的计划中，未来要推出的X系列飞机包括

带有后置附面层推进器的单通道涡轮-电动X验证机；基于Tecnam P2600T轻型活塞双发飞机改装的分布式电推进X验证机；NASA兰利研究中心提出的低成本、单发低声爆验证机；波音设计的X-48C翼身融合体验证机，等等，上述X系列飞机将用来验证飞机结构的轻重量复合材料、改善推进和降低喷气发动机噪声的先进风扇设计、降低机翼襟翼和起落架噪声的设计、飞机变形襟翼等相关技术。

今年3月，NASA对外宣布未来10年内将总计投资超过100亿美元用于X系列验证机的设计、制造与研究，并宣布超声速低声爆X验证机成为最先启动的项目。NASA表示将通过该项目研究公众对低声爆的接受程度，获取足够的飞行试验数据以说服适航当局解除在大陆上空进行超声速商用飞行的禁令，从而使人类重返超声速运输时代。

此后不久，NASA宣布授予洛克希德·马丁公司一份价值2000万美元的研制合同，由后者研制超声速低声爆X验证机——安静超声速技术低声爆飞行验证机（QueSST）。按照合同，洛马将负责完成QueSST的初步设计，并在2017年4月进行初步设计评审。之后，NASA将采取公开竞标的方式选择制造商开展QueSST制造工作，2019年9月完成QueSST首飞。NASA商用超声速技术研发计划经理彼得·科恩透露，整个QueSST项目成本预计为3亿美元。

QueSST旨在解决声爆

声爆是指飞机超声速飞行时产生的强压力波传到地面上形成如同雷鸣的爆炸声。由于声爆的存在，使得军民用超声速飞机的使用和发展都受到了很大限制，如美国现行的航空规则仍禁止超声速客机在居民区上空飞行，像英法联合研制的“协和”号这样的超声速客机以前基本上只能在大西洋上空飞行；而大型超声速军用飞机，如远程轰炸机，不仅日常训练使用要受到诸多限制，而且作战时还容易暴露目标。可以说，超声速飞行对民用飞机而言意味着时间和效率，对军用飞机而言则意味着胜败与生命，因此，如何解决好声爆这一目前制约超声速飞机发展的瓶颈问题，已成为航空前沿技术探索中的一个重要目标。

超声速巡航飞行时产生的声爆，是超声速飞机声爆扰民的两个主要阶段之一（另一个是飞机起降时大功率发动机产生噪声）。NASA采用感觉噪声级（PNL）的分贝（dB）值测量标准来度量声爆，按此标准，“协和”号客机的声爆噪声水平大概是105 PNLdB，而NASA认为目前公众普遍可以接受的陆地上空常规超声速飞行的PNL门槛值是75PNLdB（严格地标准为70PNLdB）。由于飞机重量越大其声爆也越强，因此NASA希望通过研究先使小型超声速公务机满足这样的噪声水平要求，而大型客机则需要通过更进一步的技术开发来满足。NASA的计划是分2025年和2035年两个时间段来实现研究和应用目标，其中要求2025年投入运营的小型超声速客机的声爆不超过85PNLdB，这已经比退役的“协和”号客机低了20dB；而随着技术的完善， 2035年投入运营的超声速客机将可以达到70 PNLdB的最终标准。

基于上述原因，洛马设计的QueSST长27.4米，重9.072吨，巡航速度马赫数为1.4～1.45，巡航高度可以达到15000～15500米，安装一台带加力燃烧室的GE F404战斗机发动机。QueSST虽然尺寸上与大型运输飞机相差不少，但是它可以模拟100～120座级的超声速大型客机的声压特征。

在传统的超声速布局设计中，分别来自机头、座舱盖、进气口、机翼和尾翼的激波在大气中传播时会聚集，进而产生更强的N型激波。低声爆设计技术通过对飞机外形进行优化，使得机身不同部位产生强度更小的激波，同时这些激波也不会产生汇聚，也就是说将N型激波的压力峰值变小，成为S型激波，从而声音达到地面时会听起来比较“柔软”。因此QueSST的外形具有一些明显的特征，包括破除弓形激波的细长尖头机身、可屏蔽噪声的小展销比三角翼和翼上安装单发动机、鸭翼、用于控制激波的垂尾顶部小平尾以及位于细长机身最后端的升力平尾。据洛马QueSST项目技术负责人表示，QueSST的外形设计都是为了达到75PLdB的目标，但是为了平衡升力需求，有些部位做了折中，包括在平尾的位置设计了用于控制激波的垂尾顶部小平尾，在机身最后端布置了升力平尾等。

洛马将对QueSST进行优化

今年5月，洛马公司对外宣布已经完成了QueSST验证机的外形设计，并且开始根据计算机模拟结果对设计进行优化。而NASA刚刚结束的一次飞行测试为洛马提供了灵感。

不久前，NASA阿姆斯特朗飞行研究中心举行了标准声爆和较安静声爆声压级的对比测试活动。研究人员首先对一架F/A-18飞机从观察者头顶以马赫数1.2的速度直飞而过的可感噪声分贝进行了测试，结果为104分贝；然后，采用这架飞机从数千米外的爱德华兹空军基地以特殊的低声爆俯冲机动朝观察者飞来，测得了4次较低的声爆等级，最低的为77.5可感噪声分贝，这个数值仅比QueSST的75分贝目标高出一点。执行此次对比飞行的是NASA首席研究飞行员尼尔斯·拉尔森。他驾驶F/A-18在12000米高度以53~54度的角度向下俯冲，达到9000米左右以3.5g的过载拉起飞机，然后加速爬升到12000米高度时马赫数达到1.1。洛马表示，接下来将会对QueSST的外形进行优化设计，希望能够消除机头、驾驶舱、发动机进气口、机翼、尾翼等部位产生的激波，并阻止激波在传向地面的过程中聚集从而产生较大的声爆。

6月初，NASA开始对QueSST验证机进行系统需求评审，今年11月还将进行QueSST验证机初步设计预评审技术交流会，目的是告知工业界该验证机项目目前的进展。NASA当初在授予洛马QueSST验证机初步设计合同时就已经约定，这个项目的数据是完全公开的，工业界可以分享这些数据，如果洛马不再继续进行研究，其它研究团队可以在此基础上继续进行研究。

预计在明年6月，NASA将会进行QueSST项目正式的初步设计评审（PDR）。洛马公司目前正在寻找风洞模型制造商，并进行下一步的工作分解，预计风洞试验可能会在今年冬天到明年上半年开展，试验地点选在NASA格林研究中心8×6英尺高速风洞。PDR结束后，NASA将选择一个团队制造和试飞超声速X验证机，预计的首飞时间会是2019年晚些时候。研究声爆的飞行试验将从2020年开始，最终将会邀请国际团队加入。同时，在美国内部的公众飞行测试也将开展，计划在2021～2023年间选择4～6个不同地理环境、气候和人口密度的地区的上空开展超声速飞行试验。

降低噪声才能推进商业化

除了低声爆技术之外，如何降低机场噪声已经成为挡在超声速民机商业化发展道路上的最大障碍。按照计划，NASA将在2019年完成低声爆验证机首飞，目前也正在开展小型超声速客机低噪声喷管的地面试验，旨在实现像目前亚声速客机一样安静地起降。

NASA商用超声速计划技术负责人詹姆斯·布里奇斯表示，当前最大的技术挑战是设计一款超声速客机，它能够同时实现超声速巡航和安静的起降，具有同目前亚声速飞机一样的机场噪声水平。“这无疑是一个很大的挑战，因为传统上机场噪声是超声速民机的一个主要绊脚石。”

为了应对上述挑战，NASA选择了洛马公司研发的低声爆超声速飞机方案，研究了不同的动力循环和喷管构型对排气噪声的影响。洛马的方案为80座级、航程9000千米的三发喷气飞机——LM1044，该方案瞄准的是2025年可以服役的超声速飞机。

LM1044的外形采用低声爆、三发布局设计，发动机布置方式旨在实现激波最小化。洛马已经制造了一个缩比模型正在进行声学验证测试，发动机可能选择变循环或者三涵道发动机，因为它可以在起飞时增大涵道比从而降低噪声，然后在巡航时减小涵道比提高效率。

在传统的涡扇发动机中，进入发动机中的空气分别流入核心机和外涵道，而三涵道发动机增加了一个外圈的第三涵道，其流量占到总流量的一半，因而三股气流在排气系统内的混合方式则可以有很多种。此外，洛马选择了GE开发的反向速度剖面（IVP）喷管进行试验，布里奇斯表示这种喷管降噪效果更好。这种喷管有两种降噪效果。首先，将高温高速排气放在外圈增加了高速排气和低速自由流空气之间的剪切作用，并加速混合过程；其次，将低温低速排气放在内圈，使外圈高温排气扩散到半径更大、但厚度更薄的环形区域，也有助于加速混合进程。

目前，在格林中心喷管噪声试验台进行的验证试验采用10%缩比的IVP喷管模型，通过压缩气体供气并分成三股气流，分别采用热交换器冷却或用天然气燃烧器加热，以模拟发动机的实际工况。

NASA表示，噪声试验预计持续到9月初结束，之后还需要一个月对流场进行可视化分析。未来，上述实验中获得的数据以及研发的设计工具都将转移给工业界，从而设计出低声爆、低噪声的安静型超声速运输机，并具备较好的经济效益。