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文I李Lin环球

编辑I李Lin环球

前言

哈喽，今天小李又来唠点国际事。

第一眼看见X-59，绝大多数人都会被它那夸张的长机头吸引。这根机头长度占到整机一半以上，外观看着很怪异，它算不上从零打造的全新飞机，更像一架集合多款战机零件的拼接试验机。

设计上大量吸收F-16、T-38教练机甚至F-117夜鹰战机的零部件和技术经验，这台造型独树一帜的试验机就是X-59奎斯特静音超音速飞机。

X-59静音超音速试验机

X-59是美国国家航空航天局的X系列试验机，由洛克希德·马丁臭鼬工厂负责研制。这架飞机目标非常简单，就是尽可能压低超音速飞行带来的音爆。

超长机头带来一个很现实的麻烦，座舱里的飞行员没法直接向外观察。飞机重心落在机身靠后四分之三位置，机翼从机身收细的腰段向外伸展，整套布局完全是为控制音爆量身定制。

不少人会误以为这架飞机可以做到超音速飞行完全静音，但从物理层面来说这件事根本无法实现。拿普通客机举例，以每秒200米亚音速飞行时，飞机向前挤压空气形成压力波，压力波会以音速向四周散开。

一旦飞机持续加速，前面产生的压力波来不及散开，就会被高速前进的机身追上，一道道压力波堆叠在一起，压强急剧升高，就形成激波。

激波会剧烈扰动机身周围气流，飞行阻力随之暴涨。普通民航客机在临近音速时，阻力系数直接翻两到三倍，机身承受的空气载荷同步变大。早年不少超音速飞行器，就是被这股巨大的空气作用力直接损坏。这道很难跨越的屏障，就是大家常说的音障。

音障带来的麻烦远不止阻力变大。飞机不同部位达到超音速的时间并不一致。气流流过机翼前缘，沿着曲面加速，就算整架飞机速度还低于音速，机翼局部气流也可能突破一马赫。

气流反复在亚音速和超音速之间切换，无法贴着机翼平稳流动，气流发生分离，产生紊流，机翼随之剧烈抖动，这个现象叫做马赫抖震。

与此同时，升力合力的作用点向后移动，也就是马赫下俯效应。这个效应会抬起机尾、压低机头，让飞机自动往下俯冲。

如果飞机本来就在俯冲，这个趋势还会持续放大。二战时期的P-38战斗机就遇到过这个难题，工程师只能专门加装俯冲减速板来应对。

X-59选用三角翼，不需要厚重结构支撑，就能承受超音速下巨大的气动载荷。机翼带有很大的后掠角，经过精密计算，能够降低垂直于机翼前缘的气流速度，让整个机翼被包裹在机头形成的激波锥之内。

处在激波锥内部，机翼就相当于处在亚音速气流环境，机翼表面不会产生激波，气动效率得到明显提升。

机翼剖面也做了特殊处理，比常规机翼薄很多，上下外形完全对称。气流经过机翼时不会过度加速，不容易生成激波，也减少气流分离带来的紊流。

机翼上下产生的微弱激波还能互相抵消，减轻马赫抖震带来的抖动。这种机翼也存在短板，只有带迎角飞行才能产生升力，所以机翼出厂安装就预设了固定倾角。

想要保证超音速状态下的操控性能，X-59尾部使用全动平尾。整块舵面可以直接偏转切入紊乱气流，尾流不会干扰舵面后方，超音速飞行时依旧拥有稳定操控能力，同时还负责超音速配平。

通过调整机头姿态，抵消马赫下俯带来的升力中心后移问题。常规飞机这么调整会增加飞行阻力，而X-59机头外形经过优化，可以被动前移升力中心，降低配平需要的力矩，兼顾操控和阻力。

X-59突破一马赫之后，飞行速度超过压力波传播速度，压力波被甩在机身后方，收拢形成收窄的激波锥。该机设计巡航速度1.4马赫，在15000米高空低温环境下，对应速度每秒413米，这个速度下压力波压缩形成45度激波锥。

但只要突破音障，就不可能做到完全无声超音速飞行。地面上的人观察，飞机从头顶掠过时，会先看见飞机飞过，隔一小段时间，听到两声清晰巨响。这种双重音爆，强的时候能晃动建筑，甚至震碎玻璃。

音爆威力巨大的根源，是超音速飞机产生的多道激波向地面传播途中，不断融合叠加能量，最终形成N型压力波。

这种波形带有两个压力峰值，传播途中能量虽然衰减，但两个峰值依旧能带着能量传到地面，形成两声爆响。

X-59的任务不是彻底消除音爆，而是改造音爆，削弱它对地面人群的干扰。研发团队主要从两个方向入手，一是降低激波强度，减少噪音；二是改变激波形态，防止它们汇聚成威力巨大的N型压力波。

机身厚薄过渡位置全部设计得平滑柔和，以此制造强度更低的激波，超长机头、座舱和机身融为一体的设计，都是出于这个目的。也正因机头的特殊造型，飞行员没法目视外界，全程依靠外置摄像头和显示屏完成飞行。

机翼最宽的位置刚好对应机身收腰最细处，发动机略微向外突出，机尾短小，垂尾连接机翼和全动平尾。

这套布局下，整机只有机头、发动机进气口附近会产生较强激波。进气口使用凸起结构，F-35战机也采用同类设计，用来解决高速飞行的经典难题。

机身表面会附着一层流动缓慢的附面层气流。如果这层低速气流被吸入发动机，飞机性能下降，还会损伤发动机。

涡轮叶片旋转时，一侧接触低速附面层气流，另一侧接触高速气流，叶片每旋转一圈受力都会剧烈变化，反复弯折容易引发疲劳断裂。X-59直接把进气道放到机身背部，进气口产生的激波朝上，远离地面，减少地面噪音。

重塑音爆形态是第二个核心思路。如果所有升力都依靠主机翼承担，会生成一道能量集中的强激波。

依靠机头大型安定面和垂尾小型安定面，升力分散在机身多处，生成多道强度微弱的激波。X-59特殊布局，把这些激波拉开足够距离，向地面传播时不会融合叠加。

分散后的微弱声波传到地面，人们听到的是低沉绵长的闷响，不是刺耳的爆炸声，噪音降到75分贝，大致等同于卡车在路边驶过的音量。

X-59是全球第一款专门为降低音爆从头设计的试验机。洛克希德·马丁臭鼬工厂拿到2.5亿美元研发合同。

为节约经费，项目大量复用成熟飞机零部件，起落架来自F-16战机，发动机取自超级大黄蜂，座舱盖来自T-38教练机，操纵杆来自F-117夜鹰，还有U-2侦察机的零件。

整个项目前后历时五年。X-59在2023年下线，2024年1月12日对外公布首飞计划，2025年10月完成首飞。2026年该机持续开展试飞，4月飞到6千米高度，同年6月首次突破超音速，一周之后，就在15000米高空达到1.4马赫的设计速度。

协和客机退役之后，民用超音速飞行停滞多年，最大障碍就是陆地空域禁止超音速飞行，巨大音爆会扰民。X-59的核心意义，就是尝试打破这条禁令。

一旦这套低音爆气动方案经过长期试飞验证，未来民航客机就有望在陆地上空超音速飞行，洲际长途飞行时间会被大幅压缩，这也是NASA愿意投入资金推进这个项目的根本原因。

单纯依靠改造外形去分散激波，相比直接提升飞行速度，属于完全不一样的研发思路。过去的超音速飞机设计，优先解决强度、阻力问题，音爆只是附带产生的副作用，很少作为核心指标去优化。

X-59把噪音放在第一位，速度只是配套指标，这种设计思路，也给航空工程提供全新的思考方向。

复用成熟零部件的方案，在成本控制上优势很明显。全新研发试验机，动辄投入十几亿美元，而2.5亿美元就能完成X-59的研制，成熟零件直接降低了研制风险，缩短研发周期。

当然这套方案也存在取舍，大量现成部件会限制机身设计空间，很多地方没法完全按照理想气动模型来打造。

这套静音超音速技术同样存在军用潜力。常规超音速战机低空突防，巨大音爆会提前暴露位置。如果激波可以被弱化，飞行器低空高速飞行时，声学信号更难被捕捉，突防的隐蔽性会得到提升。

不过也要看到局限，X-59本身没有强机动能力，固定倾角薄翼的设计，决定它并不适合直接拿来当做战斗机。

结语

试飞才刚刚走到突破设计速度这一步，并不代表技术已经成熟。不同气象条件、不同高度下的激波变化，机载摄像显示系统长期工作可靠性，都需要大量试飞采集数据。

后续数年的测试，会决定这套气动方案能不能真正落地到实用机型。物理规律无法被改写，X-59没有消灭音爆，只是用精巧的外形设计驯服了音爆。这项试验如果取得成功，会重新打开超音速航空的大门，不管民用长途客运，还是未来高速飞行器研发，都能从中收获大量宝贵数据。