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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  沒有爆裂噪音的超音速飛機
  那福忠 July 13, 2010
  請把你的想法寫信給我: frank.na@gmail.com
   

   在 2003 年 10 月 24 日以前,如果有急事要從紐約到倫敦,最快的方法就是坐上協和號 (Concorde) 超音速飛機 ,4 小時就到了,比普通航班省一半時間。協和號是唯一的超音速客機,於 1969 年首飛,1976 年英航與法航正式營運,成為速度最快的客機,但隨著 2000 年一架在巴黎墬毀,接著 9/11 事件,營運下滑,燃油漲價,終於 2003 年停飛,結束了 27 年的輝煌歷史。

   協和號的飛行速度可以到 2 馬赫 (Mach),馬赫是音波速度單位,約每小時 1200 公里,隨溫度略有變化,溫度越低速度越慢,協和號可飛到 1 萬 8 千公尺的高空,2 馬赫的音速約每小時 2200 公里。這麼快的飛機,在設計上要克服許多技術問題,從外觀上看(如圖、點選放大),細長的機身、橢圓三角翅膀、像鳥一樣的尖嘴,給人印象最深。尖嘴機頭的用意在可以上下活動,起降的時候點下頭來,方便駕駛員看地面,高速飛行的時候抬頭,讓尖嘴減少阻力。

   協和號、以及別的超音速飛機,最大的缺點是製造稱為 Sonic Boom 的爆裂噪音,不但聲音像打雷,震動也損及地面,有的房子裡的瓷器都會震破,所以美國不允許協和號飛越本土,只能起降沿海城市,協和號因此僅製造了 20 架,無法普及。爆音是因為飛行的速度超過聲音傳遞的速度引起的,天上的飛機經由空氣產生壓力波,以音速同時向前及向後傳送,如同划船,水波從船前及船後同時向外擴散。一旦飛機的速度超過音速,向前的壓力波還沒來得及傳出去,飛機已經先飛到了,所以前後的壓力波重疊在一起,產生能量,發出爆裂巨響。

   爆裂現象,直到今天還沒有解決,但各方面已經著手研究如何降減音量,至少降到與普通飛機相同,不影響地面活動。美國太空總屬 NASA 做了許多實驗,用改裝的 F-5E 戰鬥機以不同的速度與高度飛行,然後用多種儀器與跟在後面的飛機紀錄爆音,經一千多次實驗,認為變更飛機外型的輪郭,應可以掌控爆音,至少不讓爆音在地面聽到。NASA 也同時與大型航太公司做技術研究,包括波音 (Boeing)、與落克希德馬丁 (Lockheed Mrtin)。

   上周 NASA 公佈了落克希德馬丁與波音新設計的超音速概念機的示意圖,看起來雖然類似協和號,兩家公司都說要比協和號有重大的改善。就減少爆音來說,落克希德的飛機在翅膀後面多了一個弧形尾巴(右圖、點選放大),專家說這個奇形的設計用來控制氣流,可以減少對地面的爆音。波音設計的 V 字形機尾(左圖、點選放大),也有阻擋爆音的作用。另外兩家都在引擎加裝新的滅音器,也都把引擎裝在翅膀上面,因為翅膀是自然的隔音器,可以減低對地面的噪音,不若協和號的引擎裝在翅膀下面。

   至於什麼時候能把概念轉為工程,解決爆音問題,同時改善燃油的消耗,讓大家都能坐到平價的超音速飛機,從紐約到倫敦不再是 1 萬美元?專家們說還有一段長路要走,也許是 2030 年、或是 2035 年。



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