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日本挑战第三代超音速客机开发

时间:2021-09-27 10:30来源:日经中文网 作者:日经中文网

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       美国联合航空(United Airlines)此前宣布引进超音速客机的消息引发了广泛关注。到目前为止,因为存在噪音等课题,超音速客机的开发一直没有显著进展,但最近,日美等国家正在积极推进相关课题得到大幅改善的被称为“第三代”超音速客机的技术开发。日本在这方面的领头羊是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)。JAXA有机会在开发上胜出吗?日本经济新闻(中文版:日经中文网)采访了最新动向。

         

超音速客机飞行示意图(JAXA提供)

   

      超音速客机的飞行时速超过1224公里(1马赫)。现有的喷气式客机从美国西海岸的旧金山飞到日本东京需要约10小时,如果采用与美联航签约的美国初创企业Boom Supersonic的技术,则可以缩短至6小时。设想的用户是希望缩短长距离移动时间的企业经营者和富裕阶层等。有估算认为,未来10年超音速客机的需求将达到1000~2000架。

       

      海外大型航空企业开始引进超音速客机的这一动向对日本航空产业的影响巨大。原因在于美国波音也表示将涉足超音速客机市场,这将对包括涉足机翼生产的三菱重工业、机身制造商川崎重工业还有飞机发动机企业IHI等日本各家企业的业务带来影响。

 

      10多年来一直致力于超音速客机实证实验的JAXA航空技术部门航空系统研究小组负责人牧野好和指出“对于日本产业界来说,这一动向绝对不容忽视”。

       

     

      围绕超音速客机,Boom Supersonic的目标是在2029年实现实用化,国际民用航空组织(ICAO)正在为此制定噪音限制等国际标准。在超音速客机的实用化阶段,最大的课题是因飞行过程中机身与空气碰撞的冲击波(sonic boom,声爆)而产生的噪音。1960年代英法开发的世界首款超音速客机“协和式飞机(Concorde)”虽然体积较小,但噪音却大如雷鸣。相关业务未能得以延续。

    

      据牧野介绍,1980年代到90年代,美国国家航空航天局(NASA)和波音等企业曾在一段时期积极开展过可乘坐200~300人的大型“第二代”超音速客机的开发。但由于声爆与机身体积成比例增大,最终未能实现。

        

      进入2000年代后,乘客数量较少的商务喷气式客机市场扩大,JAXA意识到需求的变化,因此也开始展开行动。2011年,在最初正式启动超音速客机研发阶段时,由于可搭载于小型飞机的发动机只有面向战斗机的产品,因此只能从不装发动机的试验开始做起。为了将冲击波降至最小限度,机身顶端采用了尖头形状,通过吊在热气球上连续收集声爆数据。

         

JAXA将开发的超音速客机从驾驶舱到前端采用尖头的细长形状,以此来降噪

   

      Boom Supersonic开发的超音速客机也以乘客不到100人的小型机为主。JAXA认为,从兼顾声爆和盈利性等来考虑,这样的大小最为现实。牧野称“这次应该可以使超音速飞机实现实用化”。从最近的项目来看,已经非常轻松地达到了5年前的噪音标准“Chapter 4”。目前正在制作符合最新标准“Chapter 14”的概念机。模型已于2021年3月完成,争取2025~2026年度进行实证飞行。

  

      概念机的课题是“无论在哪儿都能是低声爆”。能听到声爆的为“机体两侧100公里×前进的距离”,范围仍较广。被比作雷鸣的协和式飞机的飞行音为105分贝。JAXA的目标是被称为“关车门的声音”的85分贝。

  

      JAXA开发的超音速客机的计划机体长度为约64米。声爆的大小主要取决于从有窗子的驾驶舱到机体前端的“鼻子”部分的长度。这一部分越长,声爆越小,但过长的话,将难以操控。现在设想为约16米。JAXA的牧野指出,考虑到操作性“希望与全世界可允许范围取得平衡”。

  

      最接近实现超音速客机的美国Boom Supersonic也面临很多课题。为了在设定飞行航线时解决噪音问题,将跟协和式飞机一样,只在下方没有人的海上超音速飞行。燃料全部使用可持续的航空燃料(SAF),以实现碳中和(净零排放),但也会因此增大运营成本。虽然将采用由美联航承担一定费用的协议形态,但焦点是成本在多大程度上能被接受。

  

      JAXA为了实现超音速客机,6月成立了日本政府与民营企业一起推进开发的协议会“日本超音速研究(Japan Supersonic Research,简称:JSR)”。力争2030年左右参加波音等的超音速客机开发。长期目标是摆脱只供应零部件的现状,成为开发主体。

    

      川崎重工拥有可以测量机体受到的风压和噪声的大型风洞技术。IHI则在日本国内厂商中唯一拥有飞机发动机技术,可能有助于提高燃效性能。日本政府的各省厅也作为观察员出席协议会,还讨论日本政府如何提供支援。

  

      超音速机的开发还有望让现有的飞机技术受益。日本东北大学的永井大树教授指出“减少空气阻力,不扰乱气流,产生干净空气流的创意对于无人机和其他飞机也不可或缺”。因此,JAXA与企业共同参与超音速客机研究的意义重大。

  

      那么,因工作等需要日常性搭乘客机的人们对超音速客机有何期待呢?

  

      JAXA设想的超音速客机机舱内将全部由商务舱和头等舱构成、通道两侧分别摆放2列或1列座椅。JAXA还就此对现有航空公司的商务舱用户实施了问卷调查,其中的一个问题是“如果同样的距离,只用一半时间的话,您愿意多花多少钱(乘坐)?”。

 

      结果,没有一个人回答“会付2倍的机票钱”。为此,JAXA认为,超音速客机投入运营以后,机票价格比现在的商务舱高出2~3成比较现实。

   

      民航客机产业之前已经历过2次根本性变化。一次是在1940年代机体由四边形变成了流线型,第二次是1960年代喷气式飞机替代螺旋桨飞机。。要真正实现,政府与企业一起参与的意义重大。

         

      日本经济新闻(中文版:日经中文网) 川崎NATSU美

  

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