美國《航空周刊》2015年7月17日發(fā)表了一篇專題文章，討論飛行馬赫數(shù)為5的民用客機運營問題。首先看一下，SR-71偵察機的教訓(xùn)能夠幫助設(shè)計師為超音速客機的運營做什么準備?
高超聲速客機機體表面溫度太高，處理起來困難重重。例如馬赫5+運輸機在完成高超聲速洲際飛行后機體過熱的地面處理就是研究人員要解決的未來高速客機運營中出現(xiàn)的一個特殊問題。
雖然大多數(shù)高超聲速運輸機項目關(guān)注重點在基本的設(shè)計和空氣動力學(xué)、推進、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)技術(shù)需要方面，但運營方面的挑戰(zhàn)則很難預(yù)測。
有關(guān)如何解決其中的一些問題的線索，高超聲速研究人員正在轉(zhuǎn)向從以往的如馬赫數(shù)2的英法聯(lián)合研制的“協(xié)和”客機或馬赫數(shù)3.2的洛克希德公司的SR-71偵察機取經(jīng)。然而，在格拉斯哥召開的美國航空航天學(xué)會(AIAA)的高超聲速和空天飛機會議上，洛克希德•馬丁公司的高級發(fā)展項目經(jīng)理Rob Vermeland說，這些經(jīng)驗教訓(xùn)在一段時間一定程度上也許有益，但是，高超聲速運輸與超聲速或亞音速飛機面對的運營挑戰(zhàn)卻是“完全不同的兩回事”。
歐洲-日本阿光集團(European-Japanese Hikari group)正在考慮的未來高速客機項目提出了一個概念上的目標，飛行間隔時間大約48小時。對SR-71而言，Vermeland認為即使有專職地勤人員的充分支持，快節(jié)奏的飛行也是完全不可行的。SR-71的飛行間隔時間是一周，而超聲速客機開發(fā)人員的目標是48小時。
圖片來源：洛克希德•馬丁公司
再有就是可維修性問題。飛行回來，“SR-71常常不會回到‘代碼一(Code One)’，或即飛行準備。更多的時候是代碼二(Code Two)，這意味著機件不得不修理，或者更糟的代碼三(Code Three)，這意味著重要機件不得不修理。它可能返航時面板脫落，飛行中鉚釘迸出，甚至打破進氣口的零件。飛機修復(fù)并準備好再次起飛需要一個星期。如果某些東西打壞了，可能需要一個月。
“所以，如果高速客機的目標是飛行間隔時間是48小時，要實現(xiàn)它需要付出更多的努力。今天航空公司試圖使飛機在幾乎所有的時間都在飛，而高速客機在地上的時間比它們在飛行中的時間超過100倍，那就要考慮經(jīng)濟性問題。” Vermeland建議是，要開發(fā)人工智能、嵌入式預(yù)測、數(shù)據(jù)跟蹤和健康-監(jiān)控系統(tǒng)等，將鏈接到一個高效的后勤流程中，當(dāng)飛機到達時，零備件已準備好即可更換。
Vermeland說，從一開始，飛行安全就要引導(dǎo)設(shè)計。在高速飛行時，SR-71的進氣道經(jīng)常不起動，對飛行員而言這是極端“殘暴的事件”。它會拍擊艙罩。如果這種事情對空軍飛行員也許沒有什么，對于乘客則不希望發(fā)生這種事。盡管艙外的環(huán)境惡劣，但乘客期望超聲速飛機有一個亞聲速飛機一樣的舒適座艙。乘客不會身穿加壓服，如果失去艙壓會發(fā)生什么?當(dāng)失效發(fā)生時，有什么安全系統(tǒng)能阻止?
研究人員希望未來高超聲速飛行器在今天的航空運輸基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)工作。但鑒于高速飛機的一切不尋常的要求，從加油、地勤到長跑道，滑行道上大半徑的轉(zhuǎn)彎，Vermeland的建議是建設(shè)“點對點”的高超聲速機場，這種代價是值得的。整個基礎(chǔ)設(shè)施中，還要考慮氫燃料和地面處理問題。今天的乘務(wù)員和地勤人員飛機到了就會打開艙門，而未來他們推開和接觸的高超聲速飛機部件，有的可能還處于高溫狀態(tài)。
俄羅斯中央空氣動力學(xué)研究院的行政主管謝爾蓋切爾內(nèi)紹夫說，高超聲速飛行器需要小心駕駛，使聲爆避開暴露的居住區(qū)。“因飛行器飛得過高，聲爆曝露面較大。然而，根據(jù)我們的研究[在歐盟資助的Hexafly-Int高速飛行器項目]，飛行器”以360噸的起飛重量，沖擊波的最大振幅只有超壓約60+帕斯卡，沒有預(yù)期的那么高。“這與航天飛機再入時，在馬赫數(shù)1.5和18288米高度的飛行狀態(tài)大致相同，但比“協(xié)和”飛機在馬赫數(shù)2和15850米高度飛行時所產(chǎn)生的90帕斯卡強度低。
他說：“為了解決這個問題，我們必須考慮飛機形狀和布局、飛行剖面和大氣條件。在典型情況下，我們計算出直線飛行時沖擊波密度的聲爆，但如果我們進行大過載的機動或加速時，會增加沖擊波的密度”。
法國航空航天研究中心(ONERA)研究工程師Sebastien Defoort說，與關(guān)注聲爆一樣，在飛行器的設(shè)計和如何運營兩方面，排放的潛在影響將會是一個重要因素。但嚴重程度將取決于巡航高度、速度、燃料類型和平流層中水蒸汽對氣候的潛在影響。“我們將不得不從綠色開始。需要考慮到一些公眾強烈關(guān)注的事情”。
Defoort補充說明：“傳統(tǒng)客機飛行在10公里的高度，會排放出300噸二氧化碳和140噸水蒸汽。馬赫數(shù)5的飛機將會在25公里高度飛行，如果是氫燃料，排放出更多的水蒸汽，而沒有二氧化碳。但是，如果我們以馬赫數(shù)8飛行，我們將飛得更高，在大氣上層排放更多的水蒸汽”。一支小型高超聲速飛行器機隊，一個月可能會向大氣中加入15兆噸的水蒸汽，大部分在北半球。
“我們必須小心，因為這些數(shù)字還有待進一步確認，但數(shù)據(jù)也表明，水蒸汽對氣候和溫度變化有非常大的影響。一氧化二氮的排放量存在一定影響，但是對氫燃料而言是第二位的”。更多的詳細分析顯示，在更高的高度上，可以降低大氣層化學(xué)物的駐留時間。Defoort說，底線是“要在馬赫數(shù)8和更高的高度飛行才更好”。此外，他說：“有特殊的飛行航線，可能會減緩排放的影響，例如，飛越地球兩極將會有幫助，因為水蒸汽的駐留時間可能較低”。
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