發動機成為超聲速客機回歸的關鍵

歷史上只有英法聯合研制的“協和”號和蘇聯的圖-144超聲速客機投入過商業運營。但因為安全性能、運營成本和環境保護等問題，均沒有繼續發展使用。時至今日，超聲速商業飛行已消失了15年。近年來，伴隨著航空技術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航空等初創公司也瞄準了超聲速客機技術，使人們再次看到了超聲速飛行的希望。

博姆科技公司XB-1超聲速驗證機

XB-1是博姆科技公司為其未來三發超聲速客機開發的一款1/3尺寸的驗證機。XB-1長為20.7m，翼展為5.2m，設計有雙人駕駛艙，具有尖銳的前機身和后掠機翼，最大起飛質量為6.1t。

博姆科技公司本希望在2017年年底開始XB-1的飛行測試，但由于飛機空氣動力學設計的修改和發動機的采購影響，其超聲速和亞聲速的飛行測試都將推遲到2019年進行。目前，該項目已經完成空氣動力學設計和水平尾翼的集成，發動機的選擇為J85，并將加裝一個專門設計的幾何可調進氣道和排氣系統。

然而，發動機的選擇仍是博姆科技公司超聲速客機長期發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一款全新的發動機，而更傾向于利用現有的發動機進行衍生發展。對超聲速飛機制造商來說，缺乏具有合適低壓比壓氣機的發動機始終是一個大問題。比較合適的是涵道比為3～4的中等涵道比渦扇發動機，在這個工作點上飛機起飛的噪聲比較低，足夠低的涵道比不會引起太多波阻，并且能保證足夠的燃油效率。臭鼬工廠的飛行器設計與技術主任戴夫·理查森表示“盡管材料方面的技術進步使核心機的工作溫度更高，但對于長時間的超聲速飛行來說，這種循環參數并不是最佳的。普惠公司舊有的JT8D或GE公司的J79比今天的發動機更適合在特定的溫度下進行超聲速飛行。”

博姆科技超聲速客機概念圖

Aerion公 司AS2超 聲 速客機

作為AS2超聲速客機項目的發起者，Aerion公司是這一領域的新手，早先聯合波音公司就飛機機翼和機身結構、系統布局、電傳飛行控制系統等方面進行了初步設計。AS2計劃載客12人，最大巡航速度為馬赫數（Ma）1.4，計劃于2023年首飛，2025年完成適航取證。

GE公司Affinity發動機

AS2超聲速客機概念圖

2017年，Aerion公司確定由GE公司為AS2超聲速客機提供動力。2018年，GE公司正式發布第一款專門為公務機設計的超聲速發動機“親和力”（Affinity）。Affinity是一款雙軸的中等涵道比發動機，集成了一個類似于戰斗機的兩級風扇和CFM56/F101的核心機，有9級高壓壓氣機，單級高壓渦輪和2級低壓渦輪。它在設計上的獨特之處在于有一個低阻力的進氣錐，帶有可調后緣的固定進口導流葉片和兩級寬弦整體葉盤風扇。AS2的最大速度為Ma1.4～1.6，采用幾何固定式進氣道來減輕質量。Affinity使用環狀燃燒室，高壓渦輪和導向器被熱障涂層所覆蓋。發動機尾部有一個復雜的陶瓷基復合材料排氣混合組件，類似的設計在GE公司的“通行證”（Passport）發動機中曾使用過。有消息表明，Affinity發動機采用了外部膨脹式（或塞式）可調噴管，由一個中心軸對稱的、能夠前后移動的圓錐體構成，能夠根據飛行狀態改變錐體頭部和尾噴管的相對位置，取代了收斂發散噴管等常規設計。發動機整體裝在一個細長的碳纖維短艙中，以減小截面積，從而減小阻力。另外，Affinity使用了全權限數字式電子控制（FADEC）系統，被設計為既能在水面上以Ma1.4進行超聲速巡航，又能在陸地上高效地亞聲速飛行，而不用修改現有的適航章程。在合適的氣候環境和復雜算法的控制下，AS2能以Ma1.2在陸地上空飛行而不產生聲爆現象，并符合第五階段關于飛機起飛和降落的噪聲要求。“它不是一臺渦噴發動機，不是一臺戰斗機發動機，也不像曾經安裝在‘協和’號上的發動機。它介于民用發動機和戰斗機發動機兩者之間。” GE航空集團副總裁兼公務及通用航空業務總經理布萊德·莫提耶表示。

作為一家初創公司，Aerion聯合美國國家航空航天局（NASA）、波音、洛馬、霍尼韋爾、賓夕法尼亞州立大學等多家公司和研究機構共同推進AS2超聲速客機的開發。霍尼韋爾將為AS2提供航電系統，并開發一個整塊觸屏式座艙，使用為公務機開發的全聯通性解決方案和能實現跨洋飛行的下一代飛機控制系統。 “我們能夠帶來遠航程的飛行計劃，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的創新顯示方法與NASA開展技術合作。”霍尼韋爾公司電子解決方案主要負責人卡爾·埃斯波西托表示。

未來的民用超聲速市場將以噴氣式公務機為基礎，提供多種商用高速飛行服務。Aerion公司將AS2客機看作其整個超聲速噴氣式公務機家族的起點。“從AS2得到的收益將幫助我們繼續開發AS3、AS4和AS5，” Aerion 公司首席執行官（CEO）湯姆·維斯表示，“未來的AS3和AS4會有些改進，如設置頭等艙等。盡管我們現在還沒有這樣做，但我們已經有一個長期的項目計劃了。”