蘇聯圖-144客機
協和號客機退出市場以後,世界上至今沒有超聲速客機在市場上營運,但這不代表沒有類似的呼聲。
比如在2018年初,普京在視察圖-160-M2改進型首飛的時候,就表示要基於圖-160平台開發超聲速客機;而在場的工業部門領導則迅速表態,有關項目正在推進。目前俄方最新進展是,11月的時候,俄中央流體院拍着胸口和媒體說,飛行技術樣機可能(劃重點)在未來2-3年製造完成,目前和圖波列夫設計局合作,選擇了三個氣動布局(連初步設計階段都沒進入)。
C919
在中國,也有不少人認為,應該上馬超聲速客機的研製。理由之一,是ARJ-21、C-919這樣的客機太成熟,波音和空客的競爭對手(比如A320
neo 、波音737 max)太強大;反倒是超聲速客機上,全球都是空白,只要中國領先研發新一代型號成功,必然能占據市場先機。
中國到底該不該上馬超聲速客機——無論是獨立研製,還是和俄羅斯聯手?要正確的看待這個問題,首先一定要理解超聲速客機在性能和運營使用上的優點與缺陷。
超聲速客機最大、也可以說唯一的優點就是快,協和號客機的巡航速度最大可以達到2172公里/小時,現在常見的亞聲速客機則多數在800-900公里/小時之間。這個快字的代價是非常大的。
協和號內部,空間非常緊張
為了飛得更快,飛機本身一定要做的更尖銳、纖細、薄削以減小飛行阻力。結構一定要更加強壯(不易變形、不易破壞),才能抵抗平方關係增加的氣流壓力——速度變兩倍,氣流壓力要變大到四倍。發動機要額外消耗大量的燃油,才能生成足夠速度的高速噴流去維持超聲速飛行;而全機重量還得非常輕巧,否則推重比不夠,飛機一樣飛不快。
這意味着相較於亞聲速客機,超聲速客機在製造上貴得多(比如鈦合金比例需要高非常多),使用成本上高得多(油耗高,需要更頻繁的維護檢查修理,且難度大花錢多),飛機出動能力更低(頻繁檢修),而且在舒適性上更糟糕——比如座艙要狹小的多。
開式轉子發動機
除了飛機本身的成本,超聲速客機還面臨一個極為致命的法律和政策限制——噪音。西方的通用、羅羅等巨頭,在上世紀8、90年代,砸了幾十億美金搞開式轉子的槳扇發動機,型號都做成了,推力、速度、油耗性能都很優異,但始終噪聲控制不下去,最後完蛋。現在法國施耐克瑪不死心,又為公務機開發了小型槳扇發動機,能否成功還不好說。
為了防止擾民,這些年以來,各國民航界對民用飛機的噪聲指標一直在越來越嚴苛;而超聲速飛行產生的激波、起飛時進行加力燃燒的發動機,造成的噪聲都是極其巨大的。這使得即使是超聲速客機投入使用,它也只能在海洋等無人區域的上空才能維持高速飛行。
也就是除了跨洋等少數航線以外,絕大多數航線上,超聲速客機的性能是無法發揮的,只能以高耗油的狀態進行低效、低速飛行。很多民用機場甚至根本不允許協和這樣的超聲速飛機起降,因為它們的跑道是按CFM56這樣噴流溫度很低的亞聲速大涵道比發動機設計的,經不起高溫加力噴流的灼燒。
亞聲速客機頭等艙的錢,超聲速飛機上只能這樣,可能還買不起票
A380頭等艙,長期出行你會選哪個?
因此除了極少數經濟寬裕、卻對時間十分敏感,出行需求還恰好能滿足航線要求的客戶,能長期選擇乘坐超聲速客機的人是非常少的;協和客機一直是在靠高額補貼賠錢運營,而且乘客中很多都是一次性的——雖然票價昂貴,但是人生中體驗一次超聲速飛行還是非常有吸引力的。
在長期的多次飛行中,花好幾倍甚至十倍的價格,只為節省幾個或者十來個小時飛行時間,這是絕大多數旅客都不會接受的——哪怕他之前曾斬釘截鐵的表示,一定大力支持超聲速客機。時間值錢到乘坐超聲速客機是剛需、出行還符合高速飛行航線需求的客戶,真的只是極少、極少數人。
就目前來看,傳統的大型超聲速客機是個深不見底的大坑,誰踩進去誰就出不來;倒是尺寸較小的土豪玩具——中小型公務機上,出現超聲速型號的突破可能性要高得多。但說實話,中國自主民機的品牌形象,在這類飛機市場上對買家完全沒有號召力。
從這個角度看,中國不應該貿然投入超聲速客機的型號研製,即使是俄羅斯願意開放圖-160相關技術也不值得。這種非隱身的2倍聲速級別轟炸機已經完全過時,現在俄國自己也正在研發全新的亞聲速飛翼布局戰略轟炸機,並在最近再一次聲稱已經進入原型機製造階段。
超聲速客機,中國至少在現階段僅應該停留在基礎研究進行探索積累的程度——比如探究超聲速下的激波/噪聲生成規律,更高效可靠廉價的結構技術,製造或者改裝小型技術驗證機進行實際試飛等等。這些研究的結果,一方面可以大量通用給其它飛機,指導新型號設計或者現有型號改進,包括超聲速軍機、乃至於亞聲速民機;另一方面未來真的時機成熟,也能提供紮實的設計基礎。
就客機的長遠發展而言,ARJ-21、C919這類傳統設計確實已走到盡頭,性能要再出現大的突破,必須依靠氣動外形的大突破作為基礎。相較於超聲速客機,通過聯翼結構、或者採用飛翼類布局,大幅度減輕飛機重量、油耗的新一代亞聲速客機方案,是更為實際可行的方向。在這方面投入較大的力量去研究是值得的。