新的超音速民航機真的要來了,比協和飛機還NB
美國通用電氣公司(以下簡稱GE)做了一個大動作,它們正式發布了用於民用超音速飛機——Aerion AS2的發動機配置。
根據Aerion公司的預計,這款飛機將於2025年投入服務。來自GE的發動機則看起來又將這一項目向前推動了一大步。
但,事實真的如此嗎?
從協和號退役以後,人們對超音速飛行的熱情一直都在持續。而Aerion AS2的歷史更可以追溯到2002年(那時候協和還沒退役),其原本的目標就是針對於公務機市場。
根據宣傳,Aerion AS2正由美國Aerion公司和洛克希德馬丁公司共同研製。早前,空客防務也曾是這一項目的參與者之一,但後來卻不知為何退出了該機型的研製。
在2014年,Aerion公司宣布將在2018年末或2019年初製造一款原型機,並在2021年使這款飛機投入使用。但這款飛機的研製不斷跳票,在2017年末GE和洛馬宣布加入這一項目,但Aerion As2投入實用時間也延遲至2025年。
假設Aerion AS2真的研製成功,其可以以超過1.5馬赫的速度穿梭於全球各大城市之間。這一數據雖然低於協和號2.04馬赫的速度,但也將倫敦和紐約之間飛行時間縮短至4小時左右。
但是,想像很美好,現實卻很骨感。從筆者個人的角度看,即便有各個明星航空製造商的加持,在7年內建造並投用一款全新的公務機也頗為困難,更別說現階段這款飛機的發動機也還處於研發起步階段了。
畢竟,Aerion AS2並不是針對某一款老舊機型的改款,而是從無到有的打造一款全新概念機型。而Aerion公司本身的技術積累也遠遠比不過達索獵鷹、灣流等老牌公務機製造公司。
現在,這款飛機更多還是停留在PPT層面,從紙面到現實,7年的時間還是太短了一點。
當然,研製方面暫且不談,從筆者個人角度看,對Aerion AS2來說,最大的問題是市場會不會認可這一產品。
我們都知道,協和號被詬病最多的三個問題是:噪音大、舒適性低、運營成本高。而其中,噪音中的音爆問題又使得其只能執飛大西洋和太平洋等少數航線。
此前NASA就曾與民間公司合作探討解決超音速音爆問題的可能。其也想借這一方法研製合適的超音速商業飛機。不過目前看來,連戰鬥機都難以解決這一問題,更別說將其投入商業飛機的使用。
協和號
從官方的說明中可以看出,目前GE方面也沒有解決Aerion AS2的音爆問題。GE方面給出的解決方案是飛機在起飛階段不使用全推力。這也意味著,在大陸上空飛行時,這款飛機更有可能是亞音速飛行狀態,這與其目標並不匹配。
而對於公務機使用人士來說,有多少人需要一款只能飛大洋航線的飛機呢?更何況這款飛機的風險和成本較傳統公務機來說也更為巨大。
洛馬曾探討過解決超音速音爆的問題,但離實現目標還有一段距離
另外,超音速飛行也使得成本上升。雖然使用複合材料和全新外形設計使得Aerion AS2較協和號有較大提升。但對比目前的其他飛機來說,還是有點不夠看。
從全球市場看,近三年公務機銷售額一直在持續下滑,2017年全球銷售額更是較16年下滑4%至180億美元,創五年新低。在如此不景氣的情況下,究竟會有多少人願意為這麼一款高價高成本的公務機買單呢?
筆者在與公務機公司和運營公司接觸的過程中了解到,與土豪們買買買不同的是,大部分公務機擁有者都會仔細衡量公務機使用成本和價值,畢竟,精打細算才是王道。
某公務機公司運營總監就表示,合適才是客戶最重要的購機考核指標,並非速度、大小奢華程度。
目前,市場還是對超音速飛機有所期待。包括日航、維珍航空、卡達航空都曾表示出對超音速飛機的興趣。但是,在最重要的噪音和成本問題沒解決之前,談超音速公務機的實用性還是太早。
我們相信超音速飛機時代的普及只是時間問題,不過對於Aerion AS2的目標來說,筆者認為還是有點太早了。
以上內容來自 網易航空
協和號,民航的回憶
1976年,協和號首次商業飛行,到2003年10月24日,協和飛機執行了最後一次飛行。自從協和號之後,客機再也沒有大的提速了,是不具備這個能力嗎?
1976年,協和飛機首次商業飛行,距今已經近四十年過去。四十年前可以實現的技術,今天當然更可以實現。所以從技術上肯定具備這個能力。
但除了技術,航空公司更關心的是商業效益,飛機/發動機製造商更關心的是否符合適航規定,產品才能賣得出去。民航發動機要取得適航證要通過重重測試符合標準,其中就有燃油率,噪音,耐久性,排放等等,那我們看看當時協和號有哪些缺點,
第一,高維護和運營成本,低盈利能力。耗油率過高,載客量小,經濟性差,單位旅客成本高。日常維護昂貴,沒有航空公司願意賠本賺吆喝,用很貴的成本運很少的乘客。相反,如果你開航空公司,你也會喜歡A380那樣的大個頭,載很多人,收很多錢,但耗油率並不高。
第二,噪音污染嚴重,想通過今天的噪音測試是不可能的了。協和式由於音爆水平高,所以被限制不得在大陸上空進行超音速飛行。噪音可以說是協和商業失敗的關鍵性因素。
第三,航程短。也是由於耗油率高,油量一定的前提下,協和號的航程很短。這就意味著超音速飛機會失去很多較長的航線。
第四,安全性。畢竟飛機上有上百個生命,超音速飛機出事故的概率要比普通飛機大。而且超音速客機飛行高度更高,乘客受到的宇宙輻射量可以達到普通飛機的兩倍,加重患皮膚癌的危險。
有人會問,那是四十年前的技術,當今的技術肯定可以做到更好吧?
首先,當年協和飛機用的是四台勞斯萊斯Olympus渦噴發動機,即使今天換做最先進的小函道比渦扇發動機,其耗油率雖然比渦噴降低很多,但是和同時代的大函道比渦扇發動機(就是民航客機普遍應用的大直徑發動機)還是要高很多,從這一點上,經濟性還是不夠好。除非乘客願意付出非常昂貴的票價。
其次,噪音的問題。只要是超音速,噪音真的很難避免,這個沒辦法。你如果去看過航展,看過任何一架超音速的戰鬥機(比如颱風)表演,那震耳欲聾的噪音,和當尾噴口遠遠對著你的方向時,讓你胸腔震顫的轟鳴,你一定不希望很多這貨在天上飛。我也看過A380飛行表演,距離很近,起飛之後低空的盤旋,我幾乎聽不到很大聲音,移動緩慢(相對的)但是非常安靜。
第三,壽命以及成本。從發動機角度講,由於超音速相對會把材料性能使用到極限(渦輪葉片,渦輪盤,燃燒室等),所以超音速的發動機壽命肯定要比亞音速的低,於是成本上去了,安全性下來了。
在未來幾十年,波音和空客的趨勢就是這樣了,基本不會出現超音速客機。但是事物發展的矛盾總是相輔相成的,我相信在未來,如果能克服超音速飛行帶來的音爆(sonic boom)問題,降低噪音到可接受的程度;隨著發動機技術的進化,解決燃油效率和安全、耐久性的問題。如果更短的飛行時間帶來的收益能夠戰勝運營成本,超音速客機一定會有很大的發展,甚至逐漸取代亞音速客機,畢竟,如果有更快更好的方式抵達,誰還願意選慢的方式呢。
其實,協和飛機雖然進入了博物館,但它所實現的飛行理念是相當先進的。由於巡航速度比晨昏線(solar terminator)的移動速度更快,也就是能追上地球自轉。在西行航線上,以當地時間計算,抵達時間往往比起飛時間還要早!由巴黎或倫敦向西飛往美國方向的飛機能在日落後起飛,中途追趕上太陽,看到太陽升起的情形,換句話說,協和飛機可以讓乘客「在倫敦出發之前就已經到達紐約」;英航BA推出的宣傳口號既是「出發前就到達」(Arrive before you leave)。
關於超音速客機,大家談了很多有關油耗、噪音等帶來的實用化問題。此外,超音速飛行會在機體表面產生極大的熱量,需要建造航天器所用的耐高溫材料。實際上,歐、美、日等發達國家從未停止對超音速民用航空器的研究,目標巡航速率已經從協和號的2馬赫提高到了5-8馬赫[1]。在目前已知的多種超音速飛行方案中,私以為,所謂的「空天飛機」是比較理想的一種,雖然結構有些複雜。
空客集團(原EADS)曾於2011年6月在巴黎航展上拋出了名為 ZEHST (Zero Emission High Supersonic Transport) 的研究項目,該研究項目由法日兩國合作。法國航空航天工業集團(GIFAS)與日本航空航天工業協會(SJAC)在 2005 年巴黎航展期間簽署了超音速技術合作協議。其目標是利用空客集糰子公司Astrim在低軌道空天飛機(suborbital spaceplane)項目上積累的經驗,採用生物燃料與電能,設計面向2050年的綠色、安靜、可執行洲際任務的高速客機。屆時,從東京到巴黎或洛杉磯的飛行時間將縮短到2.5小時以內。大體思路如下:
飛機從普通跑道起飛,依靠採用生物燃料驅動的兩個大功率、低函道比(low-bypass)、無加力燃燒室(afterburner)的渦輪噴氣發動機,使飛機達到高度5km、速度0.8馬赫的初級巡航狀態;
兩台小型液氫/液氧驅動的火箭助推器(booster rocket engines)點火併工作,稍後一台由阿麗亞娜(Ariane)商用運載火箭(launch vehicle)衍生出的稍大型的助推器點火,使飛機持續陡峭爬升,飛行速度由初級巡航狀態的亞音速(subsonic),經跨音速 (transonic)階段,加速到2.5馬赫的超音速(supersonic);
當飛機爬升至海拔23km高度時,兩台吸氣式氫燃料衝壓發動機(airbreathing hydrogen-fuelled ramjets)最終將飛機送上32km的巡航高度,巡航速度也將提升至4馬赫,以達到最佳燃效;
接近目的地時,採用滑翔下降的方法,使飛行速度降低至亞音速,在10km高度時重新啟動兩台渦輪噴氣發動機完成進近與著陸,並提供足夠的推力以便在必要時完成復飛(runway go-around)或轉場(diversion to another airport)動作。
作為首要考慮因素之一,乘客應享有正常、舒適的飛行體驗,無需任何特殊的設備或訓練。第二階段爬升和加速時,乘客可能感受到輕微(不超過1.2g)的加速度。於是,這種飛機可能長下面這個模樣。
來源:知乎網友Wang J,Daniel
比協和還牛逼的波音2707飛機
據《澳洲商務旅行者》報道,如果歷史可以改變,澳洲航空本來會有一架速度超過協和飛機的超音速客機,可以讓旅客以不到三小時的時間從悉尼飛到新加坡,這比從悉尼前往珀斯的時間還要少。
考慮到時差,你可以在澳航休息室吃完早午餐之後,再從悉尼、墨爾本或布里斯班出發,等飛機抵達目的地之後,你還能趕上在新加坡的駁般碼頭(Boat Quay)享用烤串和虎牌啤酒午宴。
這架名為波音2707(也叫做Supersonic Transport或SST)的超音速客機是20世紀60年代的一個產物,和「太空競賽」一樣,都誕生於美蘇競爭時期,其研製獲得了當時美國總統肯尼迪和尼克松的批准。
但是,當時美國面臨的競爭對手只有俄羅斯短命的超音速客機圖波列夫,而不是歐洲的協和飛機。
在體積和速度上,波音2707(之所以型號選擇為2707,是為了向波音707致敬)都要大於協和飛機,它開闢了商業航班的「噴氣飛機時代」。
英法合作製造的協和飛機可以以略高於2馬赫數,即音速兩倍的速度(大約2160公里每小時)進行巡航,而波音的SST可以以2.9馬赫數(2900公里每小時)的速度划過天空。
並且,波音2720可以運輸227名旅客,其空間和舒適度均要超過可以運載128名旅客的協和飛機。
波音公司最終從全球26家航空公司那裡獲得大約122架飛機交付預訂,差不多是協和飛機的兩倍。
和許多航空公司一樣,澳洲航空兩邊下註:它訂購了四架協和飛機和六架波音2707。而泛美航空分別加倍,它訂購了八架協和飛機和15架波音2707。
澳航還與政府合作,在澳大利亞上空划出可以連接澳洲東海岸首府與新加坡的「超音速飛行走廊」。
那麼,為什麼波音2707最終未能成功起飛呢?
關於波音2707的經濟性,波音公司面臨著難題,特別是,燃油價格的上漲對於這架耗油量巨大的四發噴氣飛機的影響。另外,以較低的速度和較低的票價運輸更多的乘客慢慢成為趨勢,這導致超音速客機市場萎縮。同時,出於環保考慮,對音爆和臭氧層可能受到的影響的擔憂日益增加。
波音2707項目於1971年被取消,最終甚至沒有製造出來一架全尺寸的樣機,只有一些模型。
但是,數年之後,前往西雅圖飛行博物館的遊客或許可以一睹波音2707模型機的部分真容,儘管它只是包含了駕駛艙的飛機前30米部分。與之作伴的,是英國航空此前的協和飛機。
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