美国X59静音试验机露面超音速客机重生不是梦

　　近日，美国国家航空航天局（NASA）的X-59静音超音速试验机，在被运往洛克希德-马丁公司位于德克萨斯州沃思堡的工厂的路上被航空爱好者拍到，这架飞机被包裹着蓝色防水布放置在平板拖车上，这架飞机旨在探索可能对超音速飞行的未来产生重大影响的音爆缓和技术，在明年计划的首飞之前，该机将进行结构强度测试。

　　NASA于2016年授予洛克希德-马丁公司一份价值2.475亿美元的协议，用来制造这架X-59试验机，这是NASA在十余年后首次开展有人驾驶的X飞机计划，从X-35试验机以后，NASA已经很久不进行过有人驾驶X飞机的试验计划了。X-59原定于2021年底交付给NASA所属的阿姆斯壮飞行研究中心，但进度已经被延误，目前计划X-59将于2022年首飞，在进行约9个月的工厂基本性能调整试飞后，到2023年才能最终交付给NASA开展相关的科研试飞任务。

　　X-59飞机的研发目的是解决飞机在空中进行超音速飞行时所产生的巨大音爆，通过特殊的设计，该机试图消除飞机在空中超音速飞行时导致的震耳欲聋的巨大轰鸣声，这种被称为“音爆”的轰鸣声不仅会对人员和动物带来伤害，严重的时候其伴随的巨大震动还会对地面建筑和设施造成破坏！因此，一直以来除了军用飞机以外，民用超音速飞机被严格禁止在陆地上空进行超音速飞行，这也是造成如“协和”号这样的超音速客机最终不得不停止运营的原因之一。

　　X-59是一架纯粹的实验性试验机，它是一种很有趣的设计，为了尽可能保持设计简单和低成本，它大量使用其他洛克希德-马丁公司现有产品的零件。起落架来自F-16战斗机、驾驶舱盖来自T-38教练机的后座舱盖、来自U-2 间谍飞机的推进系统部件和来自F-117 隐形战斗机的控制杆都是现成的零部件。X-59采用一台经过改装的通用电气F414发动机提供动力，这也是波音公司F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机和EA-18G“咆哮者”以及萨博“鹰狮”战斗机等的动力装置。

　　X-59飞机的长度为30.4米，翼展仅有9.02米，最大起飞重量为14.74吨，其起飞重量与一架F-15E战斗机的空载起飞重量基本相当。该机预计的飞行模式为在16764米（55000英尺）的高度，以1.42马赫的速度进行连续的超音速巡航，这一能力和美国F-22隐形战斗机的超音速巡航能力相当。

　　X-59如何消除巨大的音爆，答案在于其独特形状的机头气动外形设计。传统飞机外形设计产生的冲击波，会分别在从机头和机尾剥离时合并聚集，汇集成两个巨大的冲击波，因此导致音爆产生。X-59的设计将这些小的冲击波从飞机表面向不同方向分别散发出去，防止它们在剥离的过程中聚集在一起。因此不会汇聚成两个大的冲击波，取而代之的是，弱得多的多个小冲击波分散到达地面，给人带来的感觉是一系列快速轻柔的“砰砰”声。这是一个在上世纪60年代首次提出的理论，并在此后的几年中得到了NASA和其他机构的测试。2003年到2004 年间，NASA的一架F-5E“虎”式战斗机经过了相应的改装，其形状独特的机头，证明了该理论是合理的。

　　为了实现这一目的，X-59设计有一个非常长且尖锐的机头，同时又由于有必要进行长时间的超音速飞行，对该机的驾驶舱设计导致非常严重的困难。以前的超音速客机，如英法联合研制的“协和”飞机和苏联Tu-144超音速客机都设计有复杂的铰接式鼻锥，它们会“下垂”，其遮阳窗整流罩会在起飞和着陆期间降低，为飞行员提供足够的前下方视野。

　　但是在比较小的X-59飞机上，设计这种鼻锥显然是不可能的，为此X-59颠覆性的直接取消了飞行员的前向视野，坐在驾驶舱中的飞行员将无法用肉眼看见飞机前方的情况。为了进行驾驶，飞行员将完全依靠一块连接高清摄像头阵列的全尺寸显示器来获取飞机前方的图像。这套前向高清视频阵列系统，将在不破坏飞机气动外形的基础上，解决飞行员前向视野的问题，不过飞行员有必要进行大量相关训练，以解决平面显示器所造成的缺乏距离感问题，这对于驾驶飞机来说是很重要的。当然，类似F-35那样的3D视觉增强系统也可能是处理问题的方案，不过其巨大的头盔显示系统能否适应X-59狭小的机舱是一个需要仔细考虑的问题。

　　X-59预计于2023年开始正式测试以后，将进行一系列超音速飞行测试，以验证其静音设计的实际效果。测试分官方测试和公众测试两部分，官方测试将使用仪器采集各种不同角度和距离上飞机噪声的数据。而公众测试预计将于2024年到2026年间进行，预计将会飞越美国多个城市上空，在飞行前将向地面人员发送相关的飞行计划，并收集公众对于噪音的反馈。据称为了排除心理因素导致的“误报”，有些飞行计划的推送将会是“假”的，而有些推送将会在飞机已经过顶以后再发送，以便尽可能得到准确的公众反馈。

　　如果X-59的试验达到了预期的效果，那么对于航空业界一直耿耿于怀的未来超音速客机计划将是一个有效的推进。曾经短暂出现在世界民航史上的超音速客机航班，虽然带来了极大的速度优势，但其经济性和音爆噪声污染问题，始终是其无法逾越的鸿沟。因为音爆问题可能对地面人员和建筑带来伤害所导致其在陆地上空禁止进行超音速飞行，也大大限制了超音速客机的应用面，进一步恶化了超音速客机的经济性问题，最终被彻底放弃。

　　虽然这些年不断有公司提出全新的超音速客机方案，特别是超音速公务机方案，并已经通过种种新技术大幅度提高其经济性和可靠性，但其音爆问题如果没有办法解决，始终难以投入有效运营。所以，如果X-59的设计真的能一劳永逸的解决音爆问题，那将对未来超音速客机的设计带来非常大的推进作用，超音速客机重生，也许并不是梦！