Jetliners的未来BIG vs FAST

亚洲积极的经济趋势预示着跨太平洋和跨欧亚旅行的即将到来的繁荣。由于交货时间较长，飞机制造商必须尽快决定飞机设计，以满足未来十年的需求。与任何其他质量流量问题一样，工程师面临两种选择：提高流速或构建更大的管道。在飞机设计方面，解决方案归结为第二代超音速运输机或1000座超大型客机。在这两者中，亚音速超大型民用运输(VLCT)似乎是值得肯定的，因为它的技术障碍似乎更低。不过，任何一架飞机的开发成本预计都在100亿美元以上，这是一场赌博，没有任何制造商可以轻视。工业工程师目前正致力于这两种可能性。

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VLCT的挑战。制造商计划的VLCT配置似乎是关于747长度的双层飞机。艺术家效果图相信飞机的大小，直到人们注意到FAA规则所要求的紧急出口数量不超过90在紧急情况下疏散乘客的秒数。

VLCT的尺寸以及将飞机整合到现有机场运营中的需求带来了重大的设计问题。“为了有效竞争，我们提议的A3XX客机将相对于(波音)747-400直接运营成本节省约15%，”空中客车工业公司战略规划副总裁Adam Brown在最近的一次演讲中解释道。关于他的公司的超级巨型计划。“为了实现这一目标，将需要在空气动力学，材料，系统和制造技术方面取得重大进展。”

VLCT的空气动力学挑战源于需要保持机翼相对较短并且为了经济起见而将阻力降至最低。“我们将重点放在超临界，先进的翼型上，因为它们在高升力系数和高机翼载荷方面效率更高，”道格拉斯飞机公司先进宽体计划经理David Murphy说。“结果是，与总重量成比例，我们可以在比现有设计更小的机翼区域内有效飞行，从而更好地适应当前的机场基础设施。”

用于控制机翼上的气流的技术也可以在改善百万磅以上的客机的经济性方面发挥作用。正在研究中：通过使用发动机真空来控制层流，通过机翼上表面上的数千个激光钻孔产生吸力。这样的系统将通过阻止机翼上的湍流气流的开始而大大减小阻力。或者，也在考虑的循环控制系统会在大型飞机机翼的前缘和后缘上排出高压发动机空气，以根据需要提升升力。该概念将允许更小的机翼没有复杂的襟翼机构。然而，有消息称，设计这些系统以实现轻量化和简单维护仍然是一项复杂的工程任务。

相比之下，工程师似乎对降低VLCT重量所需的材料技术充满信心。“我们估计复合材料的应用大约是机身相对于MD-11的百分比，”道格拉斯的墨菲说他的公司计划的600到800座MD-12飞机。他说，大型复合结构，如垂直和水平稳定器，需要更大的高压灭菌器和缝合机，但没有显示塞子。

先进的引擎。飞机发动机价格，机舱成本，燃料使用和维护占长途客机运营成本的40%。因此，发动机包含VLCT设计中遇到的所有技术挑战。

在这里，设计主题似乎更具进化性而非革命性，但同样，规模令人吃惊。制造商计划在初始版本的VLCT上使用的68,000磅推力高旁通涡扇发动机的入口部分直径约为100英寸，每个重约12,000磅。虽然它们很大，但现在正在为VLCT开发更大的发动机，这将提高燃油经济性并减少产生的噪音。

Pratt&Whitney将其超大型发动机称为高级导管推进器(ADP)。基于其PW4000系列涡扇发动机的共同核心，ADP将包括新技术，使其潜在推力超过120,000磅。ADP的突破性功能是风扇和低速转子之间非常高效的变速箱。3：1减速齿轮箱的额定功率为80,000马力，使发动机的高速涡轮机以10,000转/分的速度运转，同时保持风扇叶尖速度低于1.4马赫，效率急剧下降。

目前正在进行测试的ADP演示发动机包括单晶，蒸发冷却，三维翼型涡轮叶片，电子束，气相沉积陶瓷涂层。这些涂层需要抵抗先进设计的浮壁冷却燃烧室的2,800F温度。旁通比为13：1，射流速度约为730英里/小时，ADP应满足预计的FAA“第IV阶段”噪声要求，并提供比任何早期设计更好的经济性。“现在，涡轮风扇飞机可以在一加仑汽油上移动一个座位100英里，”大卫乌鸦解释说，普拉特'高推力推进系统高级副总裁。“通过ADP，我们预计燃油经济性将提高15%。”对于航空公司高管来说，这是音乐。

高速民用运输(HSCT)。虽然物理和环境法律共同反对建造一种经济的新型超音速客机，但它们将跨洋飞行时间减少50%以上的潜力为继续研究和开发工作提供了强大的动力。

这种激励不仅仅是为乘客提供更大的便利：“如果你可以实现快速周转，即将其保持在空中，那么HSCT可以在一天内携带更多的乘客，而不是相同尺寸的亚音速飞机，”道格拉斯的墨菲解释道。研究表明，如果将更高的生产率与票价相比不超过目前头等舱票价的25%至50%，那么乘客量将支持500架HSCT车队。

“基线”行业HSCT设计中心位于2至3马赫之间的250至300名乘客，4引擎客机，范围必须至少为5,000海里才能为具有足够燃料储备的跨太平洋航线提供服务。它的机翼将是一个尖锐的三角形，机身夹在机翼根部，以减少跨声波阻力。消息人士谨慎预测到2010年HSCT首次亮相。

与超大型客机一样，HSCT设计人员面临的主要问题包括增加复合材料的使用，改善空气动力学以及设计更高效的发动机。相似性在那里结束。

建立一支低维护，环保的HSCT车队需要在计算流体动力学，极高强度，耐高温材料，更好的环境建模和计算机化飞行控制方面取得巨大进步。这项工作令人生畏，以至于世界各地的长期行业竞争对手已经建立了联盟来解决这些问题。

温度/压力极端。普拉特惠特尼/ GE飞机发动机联合超音速运输推进计划的经理理查德海因斯在普拉特公司工作了38年，其中有34年从事超音速发动机项目。HSCT引擎看起来像是军用涡扇发动机的放大版本。但是，他说，“这将是复合材料技术的一大跳跃，而不是之前的设计。”

材料问题归结为HSCT飞行所需的飞机部件的热量和压力的前所未有的水平和持续时间。亚音速客机及其发动机在每次飞行起飞时只需几分钟即可看到最大的热应力和机械应力。相比之下，任何HSCT都会在相对较低的发动机推力水平下起飞，以最大限度地降低噪音。一旦达到开阔水域和巡航高度，超级驾驶需要大部分飞行的最大油门设置。海因斯说，没人

因此，可靠性仍然是围绕HSCT的最大技术问题。Pratt's Crow指出，协和运营商必须保留第二个SST准备好飞行，以防定期飞机出现问题。否则，乘客将获得退款的退款，相当于超音速和亚音速票价之间的差额。赚钱的HSCT业务不可能如此奢侈。

超级军用飞机发动机的经验是否有助于解答有关可靠性的问题?是的，普拉特/通用电气财团的海因斯说，但他警告说，军用发动机平均每年约200个飞行小时。HSCT发动机需要在同一时间内飞行3000小时或更长时间，并且在大修之间可能需要10,000小时。

“我们正在研究新的编码，新涂层和新材料，”海因斯解释道。“在HSCT发动机中，循环不像蠕变那么大。”关于在超音速飞行期间必须承受持续400华氏度温度的机身材料以及飞机20年寿命的大部分时间，可以做出类似的声明。

工程师们对减少500,000 HSCT飞机在60,000英尺处飞越臭氧层所需的设计感到更加乐观。各种燃烧器设计，包括分级燃烧，有望将排放降低到预计的8%的电流限值。更重要的是通过增加用于亚音速飞行的高升力装置来减少燃料消耗，通过精心的机身构造来削减超音速阻力并且通过非常快速的飞行控制计算机最小化控制表面运动。另一项要求：

由于所有这些技术仍有待掌握，而且燃料价格的前景一如既往地不确定，因此在300人以2.5马赫的速度行驶之前，一次可能有1000人以0.8马赫的速度行驶。但两种类型的飞机都有机会。“压倒性的事实是，世界人口中有75人生活在香港飞行时间的四小时内，”普拉特弗兰克说。“他们非常低空飞行。”

然而，开发任何一架飞机的巨大成本让人怀疑，如果更大的传统飞机机队不会更便宜。在被问到这个问题时，道格拉斯的墨菲强硬说：“这是进步。如果你不尝试改进，你可以保证不会得到它们。”

HSCT设计障碍

每个座位的费用不超过当前头等舱机票的1.5倍

开发先进的复合材料，以应对增加的温度梯度，延长超音速飞行的高应力

优化亚音速和超音速飞行效率之间的机身和发动机设计权衡。

为限制视力，空气动力学驾驶舱创建先导人工视觉系统

在起飞和超级巡航时减少声学特征

开发先进的稳定性和控制算法，以最大限度地减少产生阻力的控制面运动

VLCT设计障碍

与目前的大型飞机相比，降低了15%的直接运营成本

将复合材料结构扩展到大型飞行控制表面，机身

提高发动机旁通比率以提高燃油经济性，同时保持可靠性和当前功率重量标准

符合预期的“第四阶段”噪音水平标准

尽量减少必要的机场基础设施变更和升级，以应对更大的飞机

提高机翼升力/跨度比，减少超临界翼型，循环控制或层流控制机制的阻力。