未来的某一天，位于北京的张三先生接到了前往伦敦参加会议的通知，他立刻准备材料，10点钟登上超声速客机出发，4小时后降落在伦敦，因为时差关系，此时的伦敦还在清晨。经过一番商讨，会议顺利结束，他登上返程的航班，于晚上11点回到北京，从而结束了一天行程。

未来，超声速客机能够极大缩短国际城市之间的飞行时长，因此张三先生能够从北京出发，世界各地都能当日可达，甚至绝大部分的航线可以实现当日往返。畅想一下，早晨欣赏朝霞中的埃菲尔铁塔，品尝咖啡，中午在夏威夷的蔚蓝海洋里游泳，晚上在长安街欣赏夜景，一切皆有可能。

第一代超声速客机：高声爆、高油耗、高噪声、高排放

上世纪六七十年代，英法联合研制协和客机，前苏联也曾研制出图-144客机。协和客机运营了27年，既有定点航班，也有包机业务。它采用了一系列在当时来说非常先进的技术，包括电传飞控、燃油重心调节、无尾布局、下垂机头涡升力、放宽静安定度以及发动机数字控制等技术。

第一代超声速客机集纳了当时欧洲航空技术的最高水平，但协和客机最终还是在2003年退出市场。协和客机退出市场的主要原因有以下4个方面，也就是“四高”：高声爆、高油耗、高噪声、高排放。这使其在经济性、环保性上丧失竞争力。以高声爆为例，协和客机在高空超声速飞行时，地面所能听到的声爆水平达到107分贝，相当于在耳边听到打雷的声音。此外，受到政策法规的约束，各国不允许民机在领空进行超声速飞行，限制了协和客机的很多航线，影响了飞机的订单。

那么，声爆是如何产生的？

以声速为标准，飞行马赫数是用飞行速度除以声速，飞机在高速飞行过程中会产生压缩波，压缩波传播速度是以声速向四面八方进行传播，当飞行速度逐渐提升时，压缩波逐渐聚集，尤其在飞机的前方聚集。当飞行速度超过声速时，压缩波将汇聚成激波，在飞机的机体周围形成一个激波锥，在整个超声速飞行过程中，激波锥扫过的空间或者地面都会产生一种特有的声音，就像雷声扫过地面，这就是超声速飞行所特有的声音——“声爆”。

新一代超声速客机：在地面上听起来相当于拍手声或者轻关车门的声音

随着航空技术进步和人们对于快速出行的追求，新一代超声速客机的研制也逐步提上日程。

虽然协和客机已经退役，但对于超声速客机的技术研究从未间断过，美国的博姆公司和斯派克公司对此表现得最为积极。博姆公司正在研制的产品是Overture序曲号超声速客机，在海洋上空进行超声速飞行时的速度为1.7马赫，在陆地上空则进行亚声速飞行，以此规避现行的在陆地上空不允许超声速飞行的禁令。斯派克公司正在研制的S-512公务机，采用的低声爆设计希望能将飞机的声爆值降低到75分贝，这样在地面上听起来就相当于拍手声或者轻关车门的声音。

采用更多的前沿技术

气动、结构、系统等技术的提升，对新一代超声速客机的设计研制也提出更高的要求。

亚声速涡桨民机、高亚声速涡扇民机以及超声速客机在布局上有着较大差别。超声速客机整体造型偏细长体，机翼的后掠角更大，采用的展弦比更小，在高速飞行中具有更好的气动特性。在设计过程中，需要考虑到超声速飞行阶段中的起降阶段、跨声速阶段以及巡航阶段，不同阶段的设计要求是不一样的，有些反而是相互矛盾的。例如，在巡航阶段需要尽量减少机翼面积，以提高巡航效率，而在起降阶段则需要增加机翼面积，提升起降的升力系数。因此，在高低速匹配过程中需要进行权衡分析，综合评判总体布局是否最佳。第二个挑战是飞发一体化。飞发一体化主要是协调飞机与发动机之间的关系，权衡后实现飞机整体收益的最大化。超声速客机的进气道喷口与亚声速民机相比，有许多不同的地方。总的来说，对于超声速客机进气道而言，需要满足在宽速域的情况下，发动机对进气量的要求，通常要求进气道的进口是可调的，满足对不同流量的需求。喷管的设计也是如此，要求出口全面可调，能够满足不同高度、速度对于发动机流量的需求。

为了进一步提升新一代超声速客机的经济性、环保性，需要采用更多前沿技术，比如等效目视驾驶舱技术，可以来替代传统的机头下垂机构，降低机构复制性；也可以采用高精度仿真或“物理+AI”技术进一步挖潜气动潜力；可持续航空燃料能够替代传统燃料，实现减排；也可以采用耐高温的轻质复合材料，实现减重。

两千多年前，老子骑青牛西出函谷关，到19世纪初实现了第一次动力飞行，1955年钱学森归国旅途共历时21天，2008年中国高铁首次通车运营，2023年C919投入市场运营……未来，超声速客机将超越时间和空间的束缚，让人们在比声速更快的旅行中体会到飞行的奇迹和无尽可能。

作者系中国商飞北研中心未来技术研究所所长