作者:张巧玲 来源:中国科学报 发布时间:2012-2-24 8:37:18
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北航教授黄俊解析:未来客机究竟什么样

曾经在蓝天翱翔的超声速客机——“协和”号
 
■本报记者 张巧玲
 
目前最热门的航空技术是什么?它们将对未来客机产生什么影响?这些技术能否在近期实现?北京航空航天大学教授黄俊日前做客“首都科学讲堂”,对未来的航空器技术进行了详细解析。
 
黄俊指出,安全性、经济性、环保性和舒适性仍将是下一代大型客机发展的主要设计要求,也是客机的评价准则体系。
 
客机能否编队飞行与空中加油
 
2011年,英国机械工程师协会(IMechE)对未来5种热门航空技术进行了分析,包括编队飞行、空中加油、超声速绿色飞机、波音试验性飞机X-48B以及超音速冲压喷气发动机。
 
其中,IMechE的报告指出,未来跨洋或长途飞行的客机将组成V形编队,这种编队飞行最高可节省12%的燃料。
 
不过,黄俊介绍说,无法解决航班延误问题是编队飞行的一个重要弊端。
 
另外,目前空中加油技术在军用飞机中已经成熟应用,但该技术还未扩展到商业航空领域。
 
黄俊表示,客机进行空中加油须建造规模巨大的设施加以支持,需要打造一个全球性加油飞机网络,充当国际航班的加油站。而另一方面,空中加油也可能给乘客造成心理负担,最终这一技术能否拓展到商业航空领域,要看成本收益之间的平衡,以及未来能源的情况。
 
新一代超声速客机何时登场
 
超声速旅行一直是人们的梦想之一。自1903年莱特兄弟发明飞机以来,世界上共呈现过2个超声速运输机——英法合作研制的“协和”号超声速旅客机和苏联图-144超声速运输机,它们也被称为第一代超声速运输机。其中,“协和”号的商业运营不成功,其维护、飞行成本高,并以一场严重事故收场;图-144只用于货运试运营。
 
黄俊介绍说,超声速飞行时产生的“声爆”问题是超声速航空器的主要问题,而且采用涡轮喷气发动机,油耗高。
 
到目前为止,尚未出现第二代超声速运输机。近来,美国洛克希德—马丁公司设计出一款超声速绿色飞机,外形好似一个巨大的标枪,其巡航速度超过1.6马赫,接近于声速的两倍。
 
新一代超声速绿色飞机能有效解决“声爆”问题,并采用先进发动机和其他先进技术来达成航程、有效载荷和环境方面的目标。美国NASA预期,其2035年能投入航线使用。不过,尽管其经济可承受性方面肯定比第一代要好,但最大获益者仍将是有钱人。
 
波音试验性飞机X-48B,是一种试验性无人飞行器,主要用来验证翼升融合体飞行技术。2010年6月22日进行了缩比模型试飞。
 
它通过采用空气动力外形设计的技术,提高飞机升阻比,减小飞机飞行时的阻力,从而达到节省燃料的目的。
 
其在结构和使用效能方面比现役客机也有优势,具体表现为更远航程、燃油经济性好、可靠性高、寿命周期费用小、制造成本和出厂价低。但剧院式座舱给应急救生带来困难,成为其主要弊端。
 
超燃冲压发动机从理论上最大速度可以超过12倍声速,最大可达24倍声速,接近第一宇宙速度。其主要目的是降低空间往返的成本,使大众能实现太空旅行。
 
2008年,SJX61-2超音速冲压喷气发动机在美国宇航局位于弗吉尼亚州兰利研究中心的风洞内接受测试,速度达到5马赫,相当于声速的5倍。
 
然而由于一系列巨大的技术挑战仍未克服,超声速冲压发动机应用于商业客机仍将是未知数。
 
发动机技术落后是中国软肋
 
随着地球变暖、能源枯竭等全球问题的日益突出,以及人民生活水平的不断提高,未来客机设计要求在确保安全的前提下,将朝着更经济、更环保、更安静的方向发展。
 
同时,更快捷也是未来客机发展的方向之一。然而,若干关键技术至今仍未完全解决。
 
黄俊表示,未来客机要实现节能和快捷的要求,从技术上看,主要要做到以下方面:航天器发动机要实现增推、减排、降耗、降噪;空气动力设计应减阻、增升、降噪;结构技术要减重。同时,成本也是客机发展的主要考虑因素。
 
谈到中国航空器的发展现状时,黄俊认为,经过几十年的发展,中国航空器取得了一些发展成绩,但与国外差距仍很大,尤其在发动机方面。
 
“我做过飞机设计师,很难。国外的设计师是设计什么样的飞机,就有什么样的发动机;我们是根据有什么样的发动机,设计什么样的飞机。”黄俊说。
 
他认为,我国的航空发动机之所以出现这种现状,主要是研究工作没有持续开展下去。
 
“这方面已经引起国家的重视,最近国家会在这方面有些‘大动作’。”黄俊说,希望在未来10到15年内解决中国航空发动机技术落后的问题。
 
《中国科学报》 (2012-02-24 A4 综合)
 
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