[摘要] 先期發展的超聲速噴氣公務機之所以選擇這樣的參數定義，一方面，是能夠覆蓋除了超遠程飛行之外的大多數公務航空飛行任務;另一方面，技術難度、風險和研制成本相對較低，作為超聲速噴氣公務機這樣一類全新機型的一個發展切入點比較合適。　　歐美從未中斷對超聲速技術的研究

　　超聲速噴氣公務機重燃極速飛行之光

　　20世紀60年代，英國和法國合作研制出堪稱杰作的“協和”超聲速客機。“協和”飛機于1976~2003年進行商業運營，開創了人類超聲速空中旅行的新時代，在航空發展歷史上書寫了不朽的篇章。“協和”飛機退役之后，盡管美歐發達國家對于超聲速運輸機(SST)研究幾乎沒有間斷，但是由于SST技術難題難以有效突破，并且耗費巨大，因此在本世紀上半葉全世界恐怕都不會有新的超聲速客機研制成功并投入運行。對世人而言，超聲速空中旅行成為遙不可及的事情，留下莫大的遺憾!

　　為了彌補缺憾，滿足人們對于超聲速空中旅行的需求，需要另辟蹊徑。就是避開高難度的大型SST，轉而發展技術難度相對較低、針對特定高端用戶群的小型超聲速噴氣公務機(SupersonicBusinessJet)。可以說超聲速噴氣公務機點燃了21世紀上半葉超聲速空中旅行的希望之光!

　　超聲速公務機不是玩具可以軍民兩用

　　超聲速噴氣公務機有一定的現實市場需求

　　超聲速噴氣公務機的基本用途是公務飛行，滿足高端公務航空客戶對于高速飛機的使用需求。高端公務航空客戶包括富豪、政要、明星、高管等。與常規亞聲速噴氣公務機類似，超聲速噴氣公務機也可以用于軍用/特殊用途等領域，如用作特種軍用運輸機和特殊任務平臺，以及科學研究等。

　　除了滿足人們享受超聲速空中旅行的需求外，超聲速噴氣公務機有一定的現實市場需求。超聲速噴氣公務機能夠以最快的速度、最快捷的方式執行公務航空運輸任務。市場研究表明，公務航空高端客戶對超聲速噴氣公務機有一定的需求。世界公務機巨頭灣流公司進行了相關的超聲速噴氣公務機市場研究工作。目標超聲速噴氣公務機機型能夠以超聲速在陸地上空飛行，采用大尺寸客艙，航程7408km(4000nm)以上，價格0.5~1.0億美元。市場研究表明10年期市場需求約200架。

　　超聲速飛行的代價就是成本較高

　　超聲速公務機不是最終目的

　　破解超聲速民用飛機發展所面臨的各種技術難題，能夠有力推動航空科學和技術的發展。超聲速民用飛機一旦研制成功將可能推動航空運輸的革命性發展，開創超聲速旅行的新時代，未來發展前景廣闊。正是因為如此，美歐航空發達國家長期持續不斷開展超聲速民用飛機(包括超聲速運輸機(SST)和超聲速噴氣公務機)的技術研究工作。

　　超聲速公務機不是最終目的，而是一個突破口和一個很可能首先實現的方式。超聲速客機最大的問題不在于技術難度，而是經濟性。超聲速飛行是有代價的，直接反映在成本較高。對于公務機用戶而言，經濟性當然重要，但不會有人因為經濟性購買公務機，購買公務機的出發點就是快、更快，為此用戶愿意付出些許金錢的代價，這樣就規避了成本這一難以繞開的問題。新一代超聲速技術在公務機上驗證后，移植到商用客機上風險就小得多。

　　超聲速噴氣公務機長相更“犀利”

　　必須將氣動阻力減到最小

　　超聲速噴氣公務機以接近2倍聲速的速度飛行(約為M(馬赫數)1.5~2.0)，而常規噴氣公務機的最大速度只能達到高亞聲速(約為M(馬赫數)0.8~0.9)。超聲速飛機和亞聲速飛機差別巨大，因此超聲速噴氣公務機的技術特點/性能特點與常規噴氣公務機有很大不同，突出表現在氣動外形和總體布局等方面。

　　超聲速噴氣公務機采用適應超聲速飛行(同時兼顧低速性能)的氣動外形，要有較低的超聲速阻力和較高的氣動效率，同時要滿足苛刻的環保要求(低聲爆、低噪聲、低排放等)。動力系統與機體實現很好匹配，在各種飛行條件下都能很好工作。對此，人們在超聲速噴氣公務機發展時，尋求各種解決方案，因此超聲速噴氣公務機的氣動外形/設計方案多種多樣，包括正常式布局(平尾位于主翼之后)、鴨式布局(平尾位于主翼之前)，還有一些特殊布局。

　　但是超聲速噴氣公務機氣動外形有一些共性的設計，如：大長細比機身，機身修長具有精心設計的流線外形，機頭和機尾細長(最大限度地降低超聲速阻力)，占機身總長度比例很大;大后掠角、小展弦比梯形機翼(三角翼);發動機短艙較多采用翼吊和尾吊方式。內部布局：駕駛艙和客艙一般位于機身前中部;燃油裝載在布置在機身中后部和機翼內側。由于超聲速飛行油耗高，載油量很大。

　　超聲速公務機的體型較大

　　成本是同等級亞聲速飛機三倍

　　國外曾經和正在計劃發展中的超聲速噴氣公務機在航程和內部尺寸/裝載等方面大多參照亞聲速遠程/大型噴氣公務機，如“挑戰者”605、“獵鷹”900等，但速度和高度遠遠超過后者。主要技術參數為：任務航程約7408km(4000nm))，最大巡航速度約M1.5~2.0，最大飛行高度15000~20000m;客艙標準座椅布局為10座左右，內部尺寸較寬大，乘客可以直立行走。按照以上參數設計的超聲速噴氣公務機為實現超聲速性能付出了高昂的重量、價格和使用成本代價，約為同等運力遠程/大型噴氣公務機的3倍左右。

　　先期發展的超聲速噴氣公務機之所以選擇這樣的參數定義，一方面，是能夠覆蓋除了超遠程飛行之外的大多數公務航空飛行任務;另一方面，技術難度、風險和研制成本相對較低，作為超聲速噴氣公務機這樣一類全新機型的一個發展切入點比較合適。

　　超聲速公務機全世界先進國家都想玩兒

　　各國已經進行數十年的研究

　　從1980年代開始，美國、前蘇聯/俄羅斯、歐洲國家、日本的一些飛機廠商和航空研究機構比較系統地進行了超聲速噴氣公務機技術研究和飛機項目發展/產品開發工作，有關單位和研究/飛機項目發展情況如下。

　　美國企業有灣流公司、洛克希德·馬丁公司、諾斯羅普·格魯門公司、SAI(超聲速宇航國際公司)、Aerion等。美國國家航空航天局(NASA)長期進行超聲速飛機技術研究工作。先后有多個超聲速噴氣公務機發展項目。

　　前蘇聯/俄羅斯有蘇霍伊設計局、圖波列夫設計局和中央流體力學研究院(TsAGI)等。超聲速噴氣公務機項目/方案有蘇霍伊S-21G(與美國灣流聯合)/S-21、圖波列夫圖-444。法國達索公司1990年代末進行了“隼”(Falcon)SST超聲速噴氣公務機的方案研究。

　　歐盟最近發起了“高速飛機(HISAC)”項目，超聲速噴氣公務機技術研究是核心內容，達索、蘇霍伊、阿萊尼亞、TsAGI、ONERA(法國)等企業和研究機構參與。日本宇宙航空研究開發機構JAXA和日本飛機發展公司(JADC)開展SST/超聲速噴氣公務機的技術研究工作。

　　灣流公司的研究走在歐美最前端

　　打算使用F-22戰斗機同級發動機

　　從1980年代開始，公務機巨頭美國灣流公司幾乎不間斷地進行超聲速公務機技術研究工作。前期曾經與蘇霍伊合作。之后獨立進行研究或與美國企業及研究機構合作。

　　1998年9月在范堡羅航展上，灣流公司與洛克希德·馬丁公司公布聯合進行了為期18~24個月的超聲速公務機的可行性研究。飛機的主要技術特性：巡航速度M1.8、航程7408km(4000nm)以上，載客量8~14人。動力裝置和F-22、YF-23相似，推力與普惠F119和通用電氣F120同一級別的渦扇發動機。

　　本世紀初，灣流公司參與美國先進技術預研局的“安靜超聲速飛機平臺”項目，預計飛機單價7000萬~8000萬美元。到2003年底，飛機布局演變為可變后掠翼設計，T形尾翼，后機身兩側安裝發動機短艙(垂尾兩側)。設計目標數據：最大起飛重量45359kg，巡航速度M1.8，起飛場長1981m，航程8889km，噪聲特性比4階段噪聲要求低10EPdB。

　　灣流最可能率先造出超聲速公務機

　　皮諾曹的長鼻子長在飛機上

　　灣流公司在NASA、DARPA和FAA等美國政府機構支持下深入研究了降低聲爆強度的QuietSpike聲爆錐技術，并進行了大量試驗驗證。聲爆錐安裝在機頭，使用復合材料制造，聲爆錐外形像長矛。研究驗證型聲爆錐主要結構包括三段不同直徑的細長筒段，最前端的一段直徑最細，后兩段直徑較大，前端都有錐形過渡段。整個聲爆錐能夠伸縮，前兩段伸縮到第三段內。收縮時第二段前端錐形段和第一段的頭部與第三段的錐形段平滑過渡，形成一個錐形體。聲爆錐產生三組相互平行的激波，最后傳播到地面。聲爆錐形成的激波強度要低于超聲速噴氣飛機頭部附體激波。QuietSpike聲爆錐通過改變長度來實現改變聲爆形狀，最終實現超聲速飛機的低聲爆和真正安靜的聲爆。

　　2003年以來灣流公司不斷完善和改進QSJ方案。2007年和2009年灣流公司公開QSJ改進方案，申報專利，并注冊了Whisper的商標。2012年底在已有QSJ飛機方案基礎上提出新的超聲速公務機方案，主要特點：機頭段增加六段式QuietSpike聲爆錐，可變后掠翼設計，面積率機身。在所有廠商中，灣流公司的超聲速公務機技術研究工作處于領先地位。憑借灣流公司的雄厚技術和經濟實力，其超聲速公務機最有可能成功。

　　蘇霍伊設計局不光會設計戰斗機轟炸機

　　灣流曾表示愿與蘇霍伊做朋友

　　蘇聯/俄羅斯蘇霍伊設計局在戰斗機發展方面享譽世界，在SBJ技術發展和機型開發方面，蘇霍伊設計局也頗有建樹，與戰斗機相比并不遜色。蘇霍伊設計局于1980年代開始系統開展了S-21超聲速噴氣公務機的設計和研究工作。S-21大致經歷了兩個階段。第一階段80年代末~1992年，蘇霍伊設計局在獨立研制的基礎上與美國灣流公司合作;第二階段是1992年之后，灣流公司退出合作之后，蘇霍伊設計局繼續開展研究工作，尋找合作伙伴的努力失敗，S-21項目基本終止。

　　1980年代中期，蘇霍伊設計局與灣流公司進行合作。蘇霍伊設計局負責包括起落架在內的飛機設計，機體制造及電傳操縱系統的研制。灣流公司也參與飛機設計，但飛機最后布局的審批權在蘇霍伊設計局。灣流公司負責機載設備和系統。蘇霍伊設計局與灣流公司合作的同時，前蘇聯留里卡發動機設計局與英國羅羅公司也開展合作。根據當初的設想羅羅公司承擔一些新渦扇發動機的主要設計工作，發動機涵道比1∶1.2~1∶1.5的渦輪風扇發動機。

　　S-21采用鴨式布局，雙發設計。發動機短艙布置在內段機翼下部后方，靠近后機身兩側，進氣道截面為矩形，斜切進氣口，尾噴口略突出內段機翼后緣。箭形機翼，前部為大尺寸邊條翼。邊條翼后面為超大弦長、大面積機翼內段，向后延伸至后機身后部尾錐前端位置。后掠角、大面積內段。中等后掠角小面積梯形機翼外段。內段和外段機翼前緣都帶有襟翼。翼梢上下小翼/全動端板，用于提供航向穩定和航向控制。機翼后緣各有兩塊副翼/襟翼。細長紡錘體流線形機身，機身截面近似圓形。數字式電傳操縱系統。前三點可收放式起落架，全部裝單輪。動力裝置為兩臺渦扇發動機，單臺推力73.5kN(7500kgf，16535lbf)。座艙布局為2名駕駛員+10~12乘客。

　　與灣流的感情難以長久

　　蘇霍伊被灣流放了鴿子，慘

　　1992年，灣流公司退出合作項目，原因是研發費用過高和面臨技術挑戰。留里卡設計局與羅羅公司的合作也沒有實現。

　　1993年底，蘇霍伊設計局自籌資金進行S-21的進一步設計研究工作，同時依靠本國資源研制了D-21和VK-21發動機。

　　飛機發展過程中，在俄羅斯中央流體力學研究院(TsAGI)和西伯利亞航空研究院(SibNIA)進行了大量風洞試驗，實現了氣動布局設計優化，并使激波噪聲強度達到最小。蘇霍伊設計局基本放棄S-21G飛機方案，發展了新的S-21飛機方案。新S-21飛機仍采用遠距耦合鴨式布局，但選擇三發設計，除了翼下的兩臺發動機外，增加一臺垂尾根部發動機。三臺AviadvigatelD-21A1渦扇發動機，單臺推力73.5kN(7500kgf)。翼下發動機短艙靠近后機身兩側，前部進氣道截面近似矩形，斜切進氣口，尾噴口略突出機翼后緣。雙三角箭形主機翼，大后掠角、大面積內段。中等后掠角小面積梯形外段，前緣帶有襟翼。細長流線形機身，機身截面為橢圓形。預計超聲速波阻是“協和”飛機的1/3~1/4。

　　重大關鍵技術尚未完全突破

　　美國灣流和法國達索是第一梯隊

　　在過去20多年，超聲速噴氣公務機技術研究已經取得一些重要成果，但是飛機產品開發工作尚未有效展開。作為世界公務機巨頭的灣流和達索公司盡管不斷開展超聲速噴氣公務機技術研究工作，但近期沒有明確發起研制超聲速噴氣公務機計劃。

　　目前Aerion公司是唯一發展超聲速噴氣公務機的企業，但其技術實力和經濟實力很有限，其超聲速噴氣公務機方案技術上遠未成熟。由于超聲速噴氣公務機的一些重大關鍵技術尚未完全突破，研制和發展費用高昂，風險很高，因此短期內不會有產品發起研制。超聲速噴氣公務機的發展還處于初期的方案設計和技術探索階段。

　　削減音爆強度是頭等大事

　　高強度聲爆會造成巨大危害

　　滿足環保要求是超聲速噴氣公務機飛機發展的先決條件，聲爆、噪聲、污染物排放都要符合相關標準。

　　飛機超聲速飛行會產生聲爆，高強度聲爆會造成巨大危害。因此，美國等50多個國家法律規定不允許民用飛機在陸地上空進行超聲速飛行。超聲速噴氣公務機要廣泛使用必須能夠進行陸地上空的超聲速飛行。超聲速噴氣公務機需要使聲爆強度降一個適當低的值(如1.5kg/m2(0.3psf)以下)，使其影響/危害程度達到可以接受的程度，并經適航部門認可。同樣超聲速噴氣公務機的噪聲和污染物排放水平要滿足更加嚴格的環保標準。實現環保性能，特別是降低聲爆強度是極具挑戰性的技術難題。

　　氣動技術和推進技術已有進展

　　經濟性雖然不是頭等大事 但也相當重要

　　發展所面臨的技術挑戰是前所未有的，包括低聲爆/環保綜合技術、高效氣動力技術、超聲速推進系統、結構和材料、適航等，同時所有技術解決方案必須是在經濟上可以接受。解決這些挑戰性問題難度極大。目前一些技術研究工作已有進展。降低聲爆強度目前主要發展了低聲爆氣動外形綜合設計、主動升力控制、脫體能量注入、伸縮式聲爆錐(灣流公司開發)等技術。

　　氣動力方面主要有層流控制、可變后掠翼等技術。推進系統技術方面，變循環常規渦扇發動機(CTF)、混合噴嘴引射器(MNE)和中部串列風扇(MTF)等具有較高環保特性和技術性能的新型推進系統進行了比較深入的研究和試驗工作。

　　超聲速公務機前景光明

　　厚積薄發等待突破

　　超聲速噴氣公務機飛機產品發展面臨技術難題有待突破，高投資、高風險、市場需求不確定等問題。因此灣流、達索等大牌公務機公司并不急于發起超聲速噴氣公務機研制項目，而是扎實推進關鍵技術研究，并且等待市場需求量積聚到足夠大。

　　相信在不遠的將來，有關噴氣公務機廠商可能會在國家支持下突破超聲速噴氣公務機關鍵技術，推出技術成熟的超聲速噴氣公務機產品，開創超聲速公務航空新時代!

　　結語

　　超聲速飛行技術軍民兩用，鑒于超聲速噴氣公務機對航空技術發展的巨大帶動作用和發展潛力，因此美國、歐盟、俄羅斯、日本等國都在組織本國研究機構和企業開展相關技術研究工作。超聲速噴氣公務機發展所面臨的技術和資金難題，單靠企業自身難以解決。比較可行的是國家支持下的企業行為。

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