(来源:科技金融时报)
日前,由天目山实验室超声速民机团队研究的天目山十号超音速客机验证机在河北定州机场完成首飞,全程飞行2分50秒,最大飞行高度241米,最大速度46米/秒。这是国内首次对低阻力、低声爆超音速民机气动布局的飞行验证,标志着我国在新一代超音速客机关键技术领域迈出里程碑式一步。
“从北京到巴黎的航程将从10小时缩短至5小时,杭州到北京仅需30分钟。”天目山十号总师梁煜在接受记者专访时,描绘了超音速客机带来的变革。当前民航客机中,窄体机巡航速度约为0.78倍音速,宽体机约为0.85倍音速,洲际飞行耗时普遍超过10小时,旅客舒适性与商务时效性备受制约。而天目山十号设计巡航速度达1.8至2倍音速,可将跨洋飞行时间压缩一半以上。
超声速客机是未来民机发展的必然方向。更快、更经济、更低噪声,是新一代超声速客机的关键技术特征。天目山实验室与北京航空航天大学、中国商飞通力合作,在国内率先开展超声速客机设计研究,拟重点突破超声速客机总体设计、低阻力气动布局设计、声爆预测与低声爆设计、变循环发动机设计等关键技术。
“传统超音速飞行最大的痛点是地面声爆。”梁煜介绍,历史上,协和号客机因声爆扰民被限制在海洋上空飞行,而天目山十号通过“低波阻-低声爆”气动优化设计,将声爆强度降至接近开关车门的水平,这意味着未来客机有望在陆地上空自由穿行。
天目山十号采用三翼面布局与T型尾翼设计,其气动外形经过数千次优化迭代,兼顾超音速巡航效率与低声爆特性。团队研发的“气动-声爆多学科优化工具集”,通过数字化手段实现了升阻比与声爆强度的综合平衡。梁煜透露:“我们开发了超声速民机气动/声爆多学科设计优化框架和工具集,并借助北航的高性能计算资源,对数千种外形方案进行仿真,最终选定的设计使远场声爆强度降低60%以上。”
在天目山十号的研制过程中,数字化设计技术发挥了关键作用。飞机研发遵循基于模型的系统工程方法,为各专业组协同工作制定了飞行器设计标准数据集,确保需求和方案的全流程追溯和设计一致性。依托云平台和高性能计算资源,设计团队开展了大规模数值仿真和分析,提高了设计和测试效率,缩短了研发周期。
首飞验证机按1:18比例缩比,保留了大长细比前机身、箭形机翼、远距鸭翼等关键特征。团队先后攻克了三翼面纵向控制律设计、发动机短舱一体化优化等技术瓶颈。梁煜特别提到:“在低速风洞试验中,我们通过箭形机翼前缘涡增升技术,解决了大迎角下翼面流动分离的难题。”
首飞任务模拟了完整起降航线,验证了自主研制的飞控系统。飞行员在200米高度实施机动测试,飞行数据显示,天目山十号验证机具有优良的低速起降性能,经过合理的控制律设计后,三翼面大长细比机身布局具有良好的操稳特性和飞行性能。
梁煜透露,天目山实验室前期已为项目投入超2000万元,同时提供关键的技术支撑和相应的硬件设施的支持,为验证机的试飞开展调试和飞行仿真。此外,依托与中国商飞已形成的紧密协作关系,团队将加快推进天目山十号的低声爆反设计、声爆风洞测试、跨声速飞行控制律设计、飞发一体气动优化等关键技术攻关,并将于2026年完成天目山十号验证机超声速巡航飞行试验和声爆飞行测量。
“我们的愿景是让超音速飞行像高铁一样普及。”梁煜表示,如今低空经济与绿色航空成为全球竞争焦点,这为天目山十号的突破提供了巨大的想象空间,“希望通过我们的努力,持续降低噪音、油耗与成本,未来城市群间或将形成‘1小时经济圈’,为旅客提供更高效的出行选择。”
编辑 | 陈路漫 校读 | 赵琦
责编 | 江英华、王姝 监制 | 尤成勇