JAXA公开采用低音爆设计的新一代超音速飞机

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5月30日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）在富士重工业公司宇都宫制作所，向新闻媒体公开了低音爆（Sonic Boom）设计概念项目“D-SEND计划”第二阶段试验（以下简称D-SEND＃2）中使用的超音速试验飞机（图1）。这架试验机的外观设计可以降低超音速飞行时产生的音爆，预定2013年7～8月在瑞典的Esrange试验场开展试验以检测效果。

图1：超音速试验机 利用前端的鸭嘴形状（a）和后部下面的波浪形状（b），分散冲击波发生的时间。构成机身的部件大多是铝合金切削件，富士重工称，“构成主翼的部件等采用手工制作，精度很高”。

旨在减少在地面时的噪声

JAXA从2007年开始研发新一代超音速飞机技术。超音速客机的课题是经济性和环保性，JAXA针对前者开发出了降低空气阻力的技术，针对后者开发出了降低音爆的技术和降低起落噪声的技术等。2003年退役的协和超音速飞机由于音爆太大，只能在海洋上空进行超音速飞行。

D-SEND计划主要是对音爆降低效果进行飞行验证。该计划除了确认低音爆设计的效果外，还会将其结果用于制定与音爆相关的国际环境标准。

音爆现象是指飞机以超音速飞行时，机身各部产生的冲击波在大气中向外传播时聚集在一起，传到地面上就会形成瞬间爆炸声。音爆可用N形波表示，声压先急剧升高再慢慢降至负压，然后再次迅速升高至0附近。

为了减轻音爆现象，JAXA开发出了可以分散冲击波产生时间的机身形状设计技术。这样，冲击波传到地面之前难以聚集在一起，便可抑制N形波的高度（降低音爆）。实际上，采用该技术设计出的轴对称形状试验机的第一阶段试验（D-SEND＃1）已经确认，这项技术可以降低音爆（图2）。D-SEND＃1在2011年5月7日和16日实施了两次试验。有形状各异的两种轴对称试验机，一架长度较短（重量为700kg、长5.6m、直径为613mm，与原来的超音速客机一样会产生N形波。另一架机身细长（重量为630㎏、长8m、直径为613mm），音爆强度约为前者的一半。D-SEND＃1的目的除了验证音爆降低技术以外，还包括确立在空中测量音爆的技术。

图2：D-SEND＃1使用的试验机及测到的波形 降低原来超音速客机中发生的“N形波”的两个峰值，从而降低音爆。

D-SEND＃2使用的试验机配备主翼和尾翼等，采用模仿实际超音速飞机的形状，并非轴对称。特点是前端的鸭嘴形状和后部下面的波浪形状（图1）。对前端形状及主翼形状的改进可以抑制最开始的声压增强峰值，后部的波浪形状和尾翼形状可以抑制声压降低的峰值。