未来你可能坐到这样的飞机

民用飞机将要迎来新的技术跨越

在过去的60年，人类在核能、计算机和太空技术等方面取得的进步日新月异，相比之下，航空技术的发展虽也令人称奇，但在追求“更高更快”的过程中步伐缓慢，被称为“最后一个未被颠覆的领域”。

值此《国际航空》创刊60周年之际，《国际航空》杂志将在珠海航展现场召开未来航空技术论坛，邀请业内顶尖专家展望那些未来最有可能改变航空业的新技术。

让我们先来展望未来的民用飞机新技术

1947年，波音B-47轰炸机的问世一举奠定了此后几十年高亚声速大型喷气式运输机/客机的基本布局，即筒状机身加大后掠角机翼的常规布局。此后飞机的总体布局形式没有改变，导致飞机的巡航因子始终徘徊在15左右，没有太大的提高。

因此，需要考虑未来可能应用的全新布局形式，包括翼身融合体、混合翼身、双气泡机身、盒式机翼、环形翼、桁架支撑大展弦比机翼以及高度集成的飞发一体化布局等。

新概念布局

波音的翼身融合布局飞机方案

在这些新概念布局中，翼身融合体（BWB）是最受关注的布局。波音和美国航空航天局（NASA）开展了几十年的研究，理论计算、风洞试验和缩比飞行验证都已经证明了BWB布局在减阻、节油、降噪方面的潜力。根据波音的研究，该布局最高可实现50%左右的油耗降低。然而，由于BWB布局在纵横向操纵性、稳定性以及场域性能等方面存在的固有缺陷，波音和NASA仍在合作进行相关研究。

洛马的混合翼身（HWB）布局运输机

洛马公司在美国空军研究实验室（AFRL）的资助下研究提出了混合翼身(HWB)布局运输机。HWB布局是一种在前机身采用翼身融合设计，后机身采用传统尾部设计的新型大型飞机布局，它结合了BWB布局的高气动和结构效率，以及传统有尾布局的纵向操纵性好等特点，实现了与现有空运、空投任务的相容。据洛马估计，采用HWB布局的飞机巡航效率要比C-17运输机高65%，在低马赫数下比波音787高5%。目前，洛马已经获得NASA的合同，研究该布局飞机的商用版本，并且将在NASA新航空地平线计划中研制HWB布局的X验证机进行飞行验证。

洛马提出的混合翼身(HWB)布局运输机方案。

麻省理工学院提出的双气泡布局D

麻省理工学院和极光飞行科学公司在美国联邦航空局(FAA)的“持续低能耗、低排放、低噪声”（Cleen 2）项目中研制了D8双气泡布局窄体客机。该布局通过采用多种先进技术可以实现相比737-800降低71%的燃油消耗。这些技术包括可产生层流和高升力的宽大机身、小后掠角机翼以及能够利用边界层抽吸的发动机和机体集成技术。D8布局也有可能在NASA新航空地平线计划中进行飞行验证。

麻省理工学院提出的双气泡布局D。

波音提出的桁架支撑翼方案

波音和NASA在“亚声速超绿色飞机研究”（Sugar）项目下提出的“跨声速桁架支撑机翼布局”（TTBW）也可能于2020年后开展飞行试验。与传统的悬臂梁式机翼相比，TTBW布局由于桁架承担了部分载荷，减轻了翼根弯矩，理论上可以更轻；如果在同等重量下则机翼可以造得更大。机翼越大，升阻比越大、诱导阻力越小。波音和NASA的研究表明，结合混合动力、层流等先进技术，该机节油最高可达88%。目前，该布局已经过3个阶段的风洞试验研究，试验中的展弦比达到了19.55（波音787和747-8的展弦比仅为11和8）。

波音提出的桁架支撑翼方案。

其他飞机布局方案

除了上述全新的布局形式，针对涡扇发动机尺寸不断增大、飞发集成难度加大的问题，欧美都提出了新型的飞发高度一体化的布局。法宇航（Onera）在研究面向2025年的新型高燃油效率中程客机设计中提出了一种后机身嵌入式大涵道比发动机布局；德国包豪斯航空研究院在欧盟FP7“分布式推进和飞机级超高涵道风扇转子研究”（Dispursal）项目中提出了“推进式机身概念”（PFC）；NASA在满足“N+3”目标的大型飞机研究中提出“后置边界层推进单通道涡轮—电动力飞机”。这三种方案有一个共同点，就是都利用了边界层抽吸（BLI）效应。研究表明，位于后机身的风扇通过吸入大约45%的边界层低速空气可使阻力大大降低，从而降低发动机需用功率。上述三种方案目前都处于基础研究阶段，距离实际应用还有很长的距离。

目前来看，虽然新布局的研究热度不减，但除了BWB布局已经开展飞行验证外，其他有潜力的布局最早将在2020年左右开展飞行验证，从飞行验证再到最终产品至少还要10年左右（技术成熟度为6～9）。而即使已经开展缩比验证的BWB布局也还有很多控制、起降、适航等方面的问题需要解决。国际航空运输协会（IATA）在2013年发布的《未来民机技术发展路线图》中指出，目前的BWB设计技术处于技术成熟度4左右，预计在2026年后才有可能应用。

超声速客机

超声速客机或将在2025年后重返蓝天

超声速飞行的两大难题就是声爆和油耗。超声速客机曾经短暂地登上过历史舞台，为横跨大西洋的旅客提供了快速、便捷的服务，后因经济性、安全性等问题退出市场。

NASA认为超声速飞行的最大障碍是如何降低声爆，希望通过相关研究解除FAA和国际民航组织（ICAO）关于大陆上空超声速飞行的禁令。NASA提出了分2025年和2035年两个时间段来实现研究和应用目标，要求2025年投入运营的小型超声速客机的声爆的可感噪声不超过85dB（比已退役的“协和”客机低25dB）；2035年投入运营的超声速客机低至70dB。

以Aerion、博姆技术公司等为代表的制造商正在积极开发超声速公务机，他们认为适航当局短期内解除超声速飞行禁令的可能性不大，降低油耗才是目前应该解决的首要问题。2015年11月，Aerion公司研制的AS2公务机获得启动订单20架，Flexjet公司成为AS2的首家用户。根据Aerion公司计划，AS2将于2018或2019年首飞，2021年取证，2023年投放市场。

欧洲人将目光放在了更加长远的高超声速民用飞机上，欧洲和日本在“未来高速空中运输关键技术研究与创新合作”（Hikari）项目下制订了高超声速民用运输机发展路线图，计划分别在2045和2055年前完成100座级和200座级Ma5高超声速客机的研制。

NASA“安静超声速技术低声爆飞行验证机”（QueSST）概念图。

民机机构

民机结构朝柔性、多功能和智能化方向发展

随着材料、制造、控制等技术的进步，民用飞机结构技术将朝着柔性、多功能和智能化方向发展，从而更加容易实现变形和主动控制，进一步提高飞机的使用性能。其中，美国分布式柔性变形机翼技术已进入工程化研究阶段，或将率先进入工程应用。

安装于“湾流”III试验机上的柔性变形襟翼。

SARISTU项目团队在伦敦举行的2015航空日上展示了智能机翼结构演示样件。

流动控制技术

主动流动控制技术将成为提高民机气动效率的主要手段

流动控制分为被动流动控制和主动流动控制。被动流动控制在过去几十年已经得到了大量的应用，包括翼刀、边条、涡流发生器等在内的被动控制装置对改善飞行器气动性能发挥了重要作用。相比被动控制方法，主动流动控制方法有非常明显的好处。首先，主动流动控制技术通过小的、局部的能量注入可实现大的流动控制效果。其次，主动流动控制方法可以用来进行复杂、动态过程的控制。