超音速逐梦:协和飞机50周年

超音速逐梦:协和飞机50周年
2019年03月10日 11:46 界面

  来源:界面 特?#25216;?#32773;|钱伯彦

  2019年3月2日,淅淅沥沥的小雨打湿了整座莱茵河谷地,一个普通的周六,阴沉的?#20102;?#28023;姆(Sinsheim)科技博物馆门口却排起了长龙。

  即便不踏入博物馆的大门,访客们也能远远地望见博物馆的镇馆之宝——那架正欲冲入云霄的协和客机(Concorde)。

  这天是这款人类历?#39134;希?#21807;一投入商业运营的超音速客机首飞的50周年纪念日。

(辛根海姆科技博物馆内的两架超音速客机  图源:flugrevue)(辛根海姆科技博物馆内的两架超音速客机  图源:flugrevue)

  时钟拨回到50年前。1969年3月2日,在因大雾天气而连续推迟?#25945;?#20043;后,协和001号原型机终于在图卢兹当地时间下午三点半腾空而起。数千名航空爱好者目睹了这一时刻,即使此次首飞仅仅?#20013;?#20102;29分钟,但也足?#32422;?#20837;人类征服天空的史册。

  一年之后的1970年大阪世博会,英法两国在展会上将这款飞机介绍给了全世界,并引发了巨大的轰动。1977年,协和客机正式投入商业运营,英航和法航主要用协和客机执飞巴黎/伦敦到纽约的黄金航线。

(一架即将降落的协和。  图源?#27827;?#33322;)(一架即将降落的协和。  图源?#27827;?#33322;)

  1980年代的流行文化代表是什么?在西方除了迈克尔·杰克逊和星球大战,一定还有俗称“大鸟”的协和。

  雪白而纤长的机身、巨大的三角机翼、尖锐又可下垂的机头,凭借着独特优雅的外形,协和是希思罗和戴高乐机场的常驻明星。但这还远不是协和的真正魅力所在,2500公里/小时(2马赫)的飞行速度、三个半小时横跨大西洋,加?#32454;?#36798;七至八万人民币的往返票价,搭乘协和不仅是体验当时人类科技的巅峰,更是身份地位的象征:在协和的乘客名单上可以找到从麦当娜到伊丽莎白女王在内的几乎所有名流。

(伊丽莎白二世女王一直是协和客机的常客。 图源:flightglobal)(伊丽莎白二世女王一直是协和客机的常客。 图源:flightglobal)

  在浪漫之都巴黎享用法式晚餐,短暂的飞行过后,又在魅力纽约欣赏新大陆的夕阳,这真是无与伦比的体验。

  折翼的大鸟

  但是,超音速旅行的时代却仅仅?#20013;?#20102;27年。

  优雅的身姿和超音速的巡航能力并不能保证盈利。事实上,协和客机的经济收益一直差强人意。

  协和客机最?#26053;?#30340;缺点就是惊人的油耗。为了克服进入超音速飞行之后激增的空气阻力,罗尔斯·罗?#20102;?#19987;门为协和研发了民航历?#39134;?#21807;一一款带加力燃烧室的?#20449;?#21457;动机:奥?#21046;?#26031;593。这款在世界能源危机之前研发的发动机在设计时并未特别注意节能和环保,其32000磅的推力也意味着一架协和客机一小?#26412;?#35201;烧掉25600升的?#25509;汀?#36825;个数字也相当于1250升/百公里的油?#27169;?#21363;使均摊到每个乘客单座油耗也高达12.5升/百公里——而目前波音和空客商业客机的单座油耗仅为约3升/百公里。

(协和185吨的最大起飞重量中的120吨预留给燃?#24076;?#24040;大的三角翼几乎全是油箱。   图源:concordesst)(协和185吨的最大起飞重量中的120吨预留给燃?#24076;?#24040;大的三角翼几乎全是油箱。   图源:concordesst)

  协和客机高油耗的缺点在低?#22270;?#26102;代,航空公司通过高票价搭配高端服务的策略完全能够保证盈利。在1970年的大阪世博会上,协和客机一问世即拿下70架的订单。但也许是协和生不逢时,1973年爆发的世界能源危机使得飞机的?#21152;?#32463;济性变得至关重要。协和的高油耗直接吓得大部分航空公司撤回订单,最终仅有英航和法航在英法两国政府的资助下采购了16架,这个数字无疑与最初预计的250架相去甚远。

  而在同年举行的巴黎航展上,与协和客机极?#28101;?#20284;的前苏联超音速客机图-144在飞行表演时直接解体?#22815;伲?#26356;是加深了航空公司对于超音速客机安全性的不信任?#23567;#?#27880;?#21644;?144外形上与协和十分相似,一直以来都有传言,图-144的大量借鉴了苏联间谍?#30331;?#24471;来的协和设计图?#20581;#?/p>

(法航曾经是唯二保有协和机队的航空公司。 图源:法航)(法航曾经是唯二保有协和机队的航空公司。 图源:法航)

  另一方面,高油耗也限制了协和客机的续航能力,7250公里的最大航程意味着协和只能执飞跨大西洋航线,而无缘跨太平洋航线——如果选择?#22411;?#21152;油,也就相当于放弃了速度的最大优势。

  协和客机的另一个缺陷则是巨大的噪音:超音速巡航时的音爆。当时,除了伦敦往返纽约的航线之外,英航的协和客机还曾经值飞过伦敦-巴林-新加坡航线。巨大的音爆引起了马来西亚和印度的强烈抗议,并最终导致该航线的取消。

  更大的麻烦则来自于跨大西洋的黄金航线。当时,许多纽约和华盛顿的环保人士?#32422;?#19996;海岸?#29992;?#37117;对协和客机的巨大噪音表示不满。最终,美国国会宣布禁止协和在美国着陆,尽管数年后美国国会网开一面,仅规定协和在北美领空不?#23186;?#34892;超音速飞行,但协和的超音速优势却在环保力量的作用之下被不?#32454;?#34432;。

(曾经的反协和运动。  图源:泰晤士报)(曾经的反协和运动。  图源:泰晤士报)

  此外,令航空公司头疼的还有协和那高昂的运营成本。每架协和在飞行一万两千小时后,都需进行为期十个月的大修,维修费用则高达一千万美元。尽管英航和法航?#21363;游垂?#24067;过运营成本的具体数字,但据估计在接近三十年的服役生涯内,两家航空公司共付出了约100亿欧元的天文数字。

  尽管协和客机在经济上颇受争议与诟病,但?#20004;?#20063;无人可以否认,协和在技术层面上代表着那个时代的巅峰水?#20581;?#36866;合超音速巡航的S型前缘三角翼、根据压力?#34892;?#36716;移而自?#35270;?#25511;制的配?#25509;?#31665;、?#26032;?#21943;射发动机在民用领域的首次规模应用、可下垂的飞机头锥,无一不是当时的协和客机制造商——英国飞机公司(British Aircraft Corporation)和法国?#25103;?#39134;机公司(Sud-Aviation)为了超音速巡航而研发的全新技术。

  这些新技术不仅推动了?#20998;?#33322;天产业的快速发展,其中的电传操控技术、大规模铝合金机身的应用更是成为了之后成立的空中客?#23548;?#22242;的核心?#36203;?#20248;势。也正因如此,空客集团在成立之后的三十年内一直为16架投入运营的协和客机提供着最佳的后勤保障。

  不过,随着二十世纪的逝去,生下来就?#23567;?#26089;衰”迹象的协和也渐渐走向了它的终点。

  ?#26053;?#30340;一击发生在2000年7月25日。一架法航的协和客机从戴高乐机场起飞后不久就发生了坠机事故,机上109名乘客无一生还。当时,一架美国大陆航空的麦道DC-10客机在跑道上遗留了一块金属零件。该零件随后就卷入正欲起飞的协和客机的起落架,并造成起落架的橡?#21644;?#33853;,高速飞出的橡胶击穿了部分机翼,导致飞机电缆外露、?#21152;?#27844;漏和随之而来的熊熊大火。

  这是协和历?#39134;?#21807;一一次空难,但由于协和客机相对较小的累计载客量,此次空难之后,协和一跃成为?#30333;?#19981;安全”的民航客机。出于对安全隐患的担忧,协和迎来了长时间的停飞。在经过了长达18个月的事故调查之后,协和才被允许再次起飞。但此一时彼一时,刚刚经历了911恐怖袭击和能源大幅上涨的航空界早已是寒冬。孱弱的盈利能力、巨大的油耗、无法保障的安全性造成的客流损失,协和再也无法支撑下去了。2003年10月24日,最后一架隶属英航的协和客机降落在了伦敦,而在这之前5个月,法航早已终止了协和的运营。?#38142;耍?#26366;经的先锋也从机场走入了博物馆。

(法航4590航班灾难前的一秒。   图源:youtube)(法航4590航班灾难前的一秒。   图源:youtube)
(协和的最后一?#38395;?#32422;-伦敦航线   图源:pinterest)(协和的最后一?#38395;?#32422;-伦敦航线   图源:pinterest)

  梦想永不熄灭

  随着协和退役一起逝去的,是民航的超音速时代,跨大西洋航线耗时也再次回到了8个小时。

  但是,超音速旅行的梦想却没有熄灭。随着计算流体力学和发动机技术的突飞猛进,一批超音速客机项目又如雨后?#26680;?#19968;般涌现在人们视野之内。

  其中,领先一个身位的是位于美国科罗拉多的初创企业Boom Supersonic。这家2014年才成立的公司立志接过协和的大旗,并成为引领下一个超音速旅行时代的开创者。早在2016年,Boom就推出了代号为Overture的下一代超音速客机计划。

  根据产品规划,该款客机的载客量为55人,2.2马赫的巡航速度还略高于协和。Boom Supersonic也充分吸取了协和的教?#25285;?#22312;?#21152;?#32463;济性上做足文章。公司董事长肖勒(Blake Scholl)此前就表示:“Overture的票价将和目前客机的商务舱价格?#21046;劍?#25105;们的目标是,让所?#26032;?#23458;都能享受超音速飞?#23567;!?#26681;据肖勒的说法,凭借更先进的气动外形、轻量化的机身?#32422;?#20840;新的发动机,Overture的油耗将比协和低75%。此外,Overture特意选用了55座这个较保守的载客量也是为了避免重蹈协和客机后期?#19994;?#19978;座率的?#33329;蕖#?#27880;:协和的载客量为100至110人。)

  在2017年的巴黎航展上,肖勒宣布公司已经拿到了五家航空公司76架飞机的订单,其中就包括英国维珍航空。今年年初,Boom Supersonic?#20013;?#24067;拿下1亿美元的新一轮融资。

  不过,在风?#35835;?#22495;和航展?#25103;?#25237;正劲的Boom Supersonic在技术研发上似乎并不顺利。该公司原定于2018年底试飞其超音速客机Overture的2座缩小版测试机XB-1(?#32622;鸅aby Boom),但试飞已因技术原因延后至2019年,具体时间?#20004;?#19981;明。而Overture正式投入商业运营的时间点,最乐观的预估也要拖到2023至2025年。据肖勒透露,Overture的目?#25216;?#26684;预计将为2亿美元,略低于目前波音和空客的宽体客机。肖勒相信,凭借该公司的Overture,航空公司可?#28304;?#28608;烈的?#36203;型延?#32780;出。

(Boom Supersonic的Overture渲染图   图源:Boom)(Boom Supersonic的Overture渲染图   图源:Boom)
(Boom Supersonic的XB-1测试机渲染图  图源:Boom)(Boom Supersonic的XB-1测试机渲染图  图源:Boom)

  另一个在超音速客机领域跃跃欲试的参与者是2002年成立的美国公司Aerion Supersonic。与Boom Supersonic不同,Aerion Supersonic瞄准的是超音速商务机市场。该公司正在的研发的AS2商务机载客量仅为12座,但是与超音速飞机常见的三角翼不同,AS2采用了短小的平直翼。根据公司介绍,这种类似鹤一样的设计,可以通过最大化层流边界层、延后甚至避免转捩点的出现,达到减少20%空气阻力的效果。与之相对的,平直翼的设计也使得AS2在超音速巡航时的气动效率受到负面影响,因此AS2的飞行速度也仅为1.5马赫。

  与Boom Supersonic依靠资本市场单打独斗不同,Aerion Supersonic早在2014年就和空客集团缔结了伙伴关系。在2015年,Aerion Supersonic更是拿到了加拿大飞机租贸公司Flexjet的20架AS2订单。按?#23637;?#21496;的规划,AS2的首飞将定于2021年,而2023年起AS2将以1.2亿美元的单价进入航空市场并投入商业运营。(注?#27827;?#28040;息称,2019年初,空客已经?#39034;鯝erion Supersonic,取而代之的是老对手波音集团。)

(Aerion Supersonic的AS2渲染图  图源:Aerion)(Aerion Supersonic的AS2渲染图  图源:Aerion)

  除了初创公司之外,觊觎超音速客机市场的名单上还有一个巨头:NASA。

  2016年,NASA就开?#21152;?#27931;克希德·马丁公司合作研发一款名为X-Plane的超音速客机(又称Low Boom Flight Demonstration Aircraft或X-59 QueSST)。由于美国联邦航空管理局(FAA)已经因音爆问题而禁止民用飞机在美国领空进行超音速飞行,因此X-Plane的研究重点在于大幅降低音爆水平,并为超音速飞行扫清法?#28903;?#30861;。

  根据NASA的模拟结果,X-Plane超音速巡航时发出的噪音约为75 PLdB(Perceived Level Decibel,又称感知?#29123;?#20998;贝),仅相当于关闭汽车车门的?#19981;?#22768;,而协和客机的噪音水平则为105 PLdB。根据计划,X-Plane的原型机将于2021年底完成,并将于2022年在全?#26639;?#22823;城市上空进行测试,除了收集飞行数据之外,NASA还希望能获得当地?#29992;?#30340;反馈。

  如今,每位去图卢兹或者辛根海姆博物馆参观退役协和客机的游客都会惊讶地发现,在所有协和客机的仪表板和客舱隔板之间的缝隙中都牢牢地镶嵌着一顶飞行?#20445;?#32780;且根本无法取下。

  这个小纪念品出自于飞行工程师之手。由于超音速飞行过程中剧烈的空气摩擦和激波压力,协和客机的机身表面会被加热到130℃,机身?#19981;?#30456;应膨胀300毫米,仪表板和客舱隔板的缝隙?#19981;?#32960;开。在每一架协和客机的最后一次航行中,所有飞行工程师都将?#32422;?#30340;致?#27492;?#30528;飞行帽一起,永久地嵌入了这架美丽的飞机之?#23567;?/p>

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