NASA X-59超聲速噪聲認證飛行計劃積極推進

超聲速低聲爆技術是美國高超聲速飛行器研制中面臨的關鍵技術之一。NASA的X系列飛機X-59是美國正在研制的超聲速飛行驗證機之一，正積極驗證低聲爆技術，開展噪聲驗證計劃。其驗證計劃值得關注。

NASA的X系列飛機X-59 Quesst超聲速低聲爆飛行驗證機面臨很大的進度壓力。如果想要走入正軌，建立期待已久的允許超聲速飛越陸地的噪聲標準，工業界必須在2024年前拿到該飛機的首次社區接受飛行的數據。

如果拿不到關于公眾能接受何種程度聲爆水平的數據，民用超聲速飛機將繼續被禁止在地面上以高于Ma1的速度飛行，這將限制下一代超聲速運輸行業在未來5～10年內的經濟可行性。

目前進度非常緊張。NASA希望洛·馬臭鼬工廠2021年底從加州棕櫚谷起飛X-59，但有可能會推遲到2022年初。按計劃之后將在加州愛德華茲空軍基地進行包線擴展、聲學驗證和公眾反應初步數據收集的飛行。

如果NASA履行2024年底前向國際民用航空組織（ICAO）交付初始數據集的承諾，NASA需要2023年時在愛德華茲空軍試驗之外的場所開展第一次社區接受度飛行，可能在南加州某處。

制定這一時限是為了在2025年初國際民航組織（ICAO）的航空環境保護委員會（CAEP）第13次會議之前收集到數據并分析。CAEP正在制定使飛機通過陸地超聲速飛行認證的途中噪聲標準。

這條路徑已經走了很多年。民航組織已經致力于聲爆研究15年了，雖然飛機設計的技術進步使聲爆（現在稱之為途中噪聲）減輕為重擊聲，但最終認證標準還需要十年才能制定出來。

耗時如此長的原因在于該問題的復雜性。現有的飛機起降噪聲認證規定包括測量地面的聲級，再通過分析，恢復源噪聲，通過基準大氣進行傳播，從而生成認證機構所要求的數據。

但灣流公司超聲速技術開發主管羅比·考阿特（Robbie Cowart）表示這一方法對聲爆不起作用，在6月達拉斯舉行的美國航空航天學會的航空會議上他說：“隨著爆炸在大氣中傳播，它就失去了特征，不能回溯到噪聲源，也不能在基準條件下傳播這些噪聲。然而，認證程序要求在基準條件下測量。”

在超聲速巡航的飛機附近，聲波信號特征混合了沖擊波和膨脹波。在離飛機越遠的中場和遠場，聲波信號特征開始融合，越來越少，隨后聲爆進入地球邊界層，在邊界層低空湍流將高頻內容重新引入聲波特征中，甚至導致聲爆局部集中強化。

羅比·考阿特說：“在湍流的作用下，在20ft外就能得到一個完全不同的聲波信號。”這就提出了一個問題：應該在哪一位置測量聲爆？地面還是湍流層之上，還是在中場高度處？還有一個問題是，應該鑒定哪種噪聲？應鑒定NASA計劃減少的巡航聲爆還是鑒定當飛機加速、減速或機動時產生的集中聲爆？僅測量飛機航之下的噪聲還是測量整個20nm寬的聲爆范圍的噪聲？

當一架飛機被設計成使航跡下的聲爆最小，可能會增加偏離軌道的噪聲和偏離設計的噪聲。“我們如何以統一、穩健和一致的方式做到這一點？我們應如何測量聲爆并使其成本合理？我們必須考慮經濟合理性。把飛行測試預算的20%花在測量途中噪聲上是不合理的。”

上述只是在制定首個聲爆認證標準時CAEP專家需要解決的部分問題。但為了使超聲速航空旅行得以繼續，最關鍵的一步仍然是確定公眾能接受何種程度的途中噪聲水平。

為此，NASA正全力以赴爭取在2023年之前收集到足夠的社區反饋數據，到2025年底前完成全美范圍內的4～6次飛行任務。技術項目副經理戴夫·里奇溫（Dave Richwine）承認進度表非常緊張。X-59是一個有截止日期的X系列飛機計劃。