超音速飞行一直是航空工程领域的梦想之一。然而，传统的超音速飞机在飞行过程中会产生巨大的声音，引起了严重的噪音污染问题，并受到了临近居民和环境的限制。X59飞机通过创新的设计和工程技术，成功地解决了这一问题。它采用了独特的外形和机翼设计，通过减少空气动力学冲击波的形成，实现了超音速飞行时的静音效果。这意味着X59可以在超音速飞行时减少噪音，从而降低对环境和人类的影响，为航空业的可持续发展做出了重要贡献。

2023年6月16日，美国国家航空航天局的X-59研究飞机（research aircraft ）从其厂房转移到位于加利福尼亚州帕姆代尔（ Palmdale）的洛 克希德·马丁臭鼬工厂的飞行线，或机库和跑道之间的空间。这一里程碑开启了一系列地面测试，以确保X-59的安全和飞行准备。

该项目旨在测试技术，希望通过减少飞机穿越音障时空气压缩产生的声音（轰鸣声），使商业超音速旅行变得可以忍受。从2018年4月启动以来，首次准备做完整的一些列地面测试，确保首飞成功。

无限接近首飞的NASA超音速飞机

商业超音速航空旅行将使乘客或货物的运输速度是当今飞机航速的两倍。然而，其最大的障碍之一是雷声般的音爆，它是由超音速飞机周围高压空气产生位移引起的。由于这种噪音干扰，自1973年以来，美国联邦航空管理局（FAA）禁止陆上民用飞机飞行速度超过1马赫（音速）。美国国家宇航局NASA通过其低音爆飞行演示项目，旨在开发一种实验性X飞机，以大幅降低声爆的噪音水平，为陆上商业超音速飞行铺平道路。这架名为X-59安静超音速技术（Quiet SuperSonic Technology ，QueSST）的飞机，将在美国选定的城市上空飞行，NASA将在那里进行社区反应研究，以获取有关声音水平和社区反应的数据。

根据美国宇航局（NASA）官网7月5日发布的消息，NASA研制的X-59静音型超音速喷气式飞机已经无限接近首次飞行。下图显示了上个月19日，也就是6月19日，NASA的X-59飞机位于加利福尼亚州帕姆代尔的洛 克希德·马丁臭鼬工厂的飞行线上，即位于机库和跑道之间。从施工现场转移到飞行线是X-59首次和后续飞行做准备的众多里程碑之一。下一步，该团队将进行重要的地面测试，以确保飞机的飞行安全。

X59的超音速静音飞行带来了许多潜在的应用和好处。首先，它将大大改善飞行体验。传统超音速飞机的噪音对乘客和机组人员造成了很大的不适，而X59的静音飞行将极大地减少这种不适感，为乘客提供更加舒适和安静的旅行环境。此外，这种飞机还能够提供更快的飞行速度，缩短航程时间，为商务和休闲旅行者节省宝贵的时间。

长96英尺，跨度为29.5英尺，速度可达1.4马赫，飞行高度为55000英尺

X-59飞机的设计飞行速度超过1马赫，同时将由此产生的音爆减少为75dB，相当于对地面上的人的重击。美国国家航空航天局将在飞行测试中评估这项技术，作为该机构Quesst任务的一部分，该任务有助于实现陆地上的商业超音速航空旅行。

上世纪研发的协和式超音速客机具有同样的流线型设计，但是由于其巨大的噪音，以及多起空难事故，在 2003 年便停飞，此后世界上再无商业超音速客机运营。洛马公司的 X-59 QueSST，能够将音爆噪声降低至 75 分贝，大大低于此前的 100 分贝，这一飞机经过改进并量产之后，有望再次实现商业运营。

声音的本质是一种压缩空气波，空气中的声速大约为 340m/s，也就是 1 马赫。当飞机的速度超过 1 马赫时，飞机的速度比声波扩散的速度还要快，这就导致多个声波叠加在一起，产生类似爆 炸的巨大噪声。

X-59 QueSST 长度超过 30 米，机头长度约为 9 米，并且前端采用压扁的造型。这种设计可以使得飞机在超音速飞行时，产生的声波不会叠加在一起，而是有着一定的错位，从而明显消除音爆冲击波。

X-59 QueSST（Quiet SuperSonic Technology的缩写）是一种实验性的有人驾驶飞机，设计用于飞行速度超过声音，而不会产生以前超音速飞机的恼人（如果不是令人担忧的话）声爆。

独特的结构及碳纤维材料

X-59飞机是NASA Quesst任务的核心，旨在展示超音速飞行的能力，即比1马赫更快的飞行速度，同时将巨大的音爆减少为安静的音爆。然后，美国国家航空航天局将驾驶X-59飞越几个社区，收集人们对超音速飞行中产生的声音的反应数据。美国NASA将向美国和国际监管机构提供该数据集，以便在陆地上进行商业超音速飞行。

此次即将首飞的X-59飞机预计其飞行速度可达1.4马赫（约1074英里/小时），同时将音爆降低到NASA所称的“撞击声”，这主要是通过飞机独特的形状实现的。X-59由碳纤维增强复合材料制成的细长机头和三角形机翼旨在传播超音速冲击波，从而减少在地面上听到的声音，发动机也放置在机翼上方，以进一步降低噪音。

洛 克希德·马丁公司的臭鼬工厂以开发创新的一次性和原型飞机而闻名，包括之前为NASA开发的几款X型飞机。该公司的X-59研制工作始于2013年，当时洛 克希德公司赢得了NASA项目合同。NASA设定了各种空气动力学、机械和其他要求，比如飞机需要达到的高度、在空中停留的时间、操纵能力等等，但每一种设计选择的驱动因素都是需要低于75分贝的音爆，或者大约是车门砰的一声关上车门的声音。根据NASA的说法，典型的音爆可以超过110分贝，大约相当于雷声的大小。

为了优化飞机设计，洛 克希德·马丁公司许多团队开展了为期七个月的合作，这些团队包括空气动力学、音爆专家、载荷、应力、设计。设计时需要在厚度计划和零件几何形状上做出妥协和大量调整，以达到适当的整体刚度和定制的灵活性、空气动力学和强度，所有这些都是为了生产出最高效的飞机，并尽可能降低音爆。

基于上述要求，该公司设计出细长的机头、发动机和进气道的布置以及其他功能旨在“重塑”飞机飞行过程中产生的冲击波，从而产生安静的声音“；重机头设计导致前半部和机翼以碳纤维复合材料为中心，后半部以金属为中心；CFRP机翼蒙皮由洛 克希德·马丁公司制造，其他部件由合作伙伴制造，洛 克希德公司组装。

设计时在飞机的尾部和后半部分（包括机身）以金属为中心，在机翼和前半部分（包括机头）使用了更多的碳纤维复合材料。这种材料选择方案是由发动机舱的热要求以及飞机前部的重量临界特性决定的。考虑到与传统商用飞机相比，这架飞机的机头很重，而不是机尾很重，这意味着需要尽可能减轻机头的重量。

因此，在最终设计中，碳纤维复合材料用于制造机鼻和机头，机翼顶部和底部蒙皮，襟翼、方向舵和副翼，飞机顶部的T形尾翼后缘，尾翼的尖端，也就是后部的水平尾翼，XVS摄像机上方的圆顶，以及进气管。按重量计算，碳纤维复合材料部件约占9500磅空机身的2050磅（22%）。为这些部件选择的最普遍的复合材料是Solvay MTM-45碳纤维/环氧树脂预浸料，该预浸料最初是为了实现高压釜外（OOA）固化而开发的。

采用自动纤维铺放技术的机翼结构

在X-59超音速飞机中，将子系统置于X-59机翼上方会导致声音的产生，但这并不是推动在机翼系统上使用复合材料而不是金属材料的原因。由于机翼蒙皮远非平坦的表面结构，这将使拉伸成型铝等金属材料变得复杂，使用成本高昂。因此，机翼需要复合材料来完成复杂的曲线，而从未考虑金属材料，此外，复合材料还使团队能够在不同方向上调整刚度，金属无法做到这一点。

顶部和底部机翼蒙皮由0.2英寸厚的固体层压板制成，由4英寸宽的MTM-45碳纤维/环氧树脂单向（UD）胶带制成，该胶带使用洛 克希德公司的Mongoose自动纤维铺放（AFP）设备铺设，该机器由美国英格索尔机床公司提供。这种五轴龙门式AFP系统使用局部红外加热器来暂时增加粘性，以改善每条胶带的分层，并在AFP期间将其固定到位，然后用烘箱进行固化。下机翼蒙皮是一个连续的结构，减去几个起落架孔，而上蒙皮是由两个独立的部分组成的，位于在中间34英寸金属蒙皮段的两侧。

基于高压釜工艺的夹芯结构制造长而尖机头

X-59超音速飞机大约三分之一的长度被34英尺长的机头占据。根据NASA的说法，这个机头的长度和形状是超音速飞行中重新配置冲击波的一个重要特征。这个重达299磅的机头分为左右两部分，沿着上下接缝粘合和螺栓连接在一起。

通常情况下，这样的机头会被做成上半部分和下半部分，但X-59机头的长度和狭窄程度需要顶部和底部额外的硬度来防止弯曲。在连接边缘重叠的层压板被巧妙地放置在鼻子的顶部和底部，这意味着纤维层增加了一倍，从而提高了刚度。该区域的作用类似于工 字钢的顶盖。

每一半都被制成一个夹层板，在外层蒙皮层压板上有七层MTM-45碳纤维/环氧树脂织物，在内层蒙皮上有三层，中间有蜂窝芯，将其放置在真空袋下的阴模上，然后在高压釜中固化。洛 克希德·马丁公司最初设计了机头，然后将其最终的层压设计和制造合同交给了另一家供应商。

其他的复合材料结构件

与机头一样，X-59上的其余复合材料结构件同样由洛 克希德公司设计和组装，但由制造合作伙伴制造。机头和机翼蒙皮是最大的复合材料部件，但设计最具挑战性的却是一些最小的部件：襟翼、副翼和方向舵。

其原因在于：这些零件在后缘变得非常薄，需要大量的手工和技术才能将它们组装在一起，以满足施加在它们身上的载荷，而它们是飞机上负载很高的部件，且副翼和襟翼只有3英寸厚。

文章来源： 飞宇卓达 ，钱鑫博士，智慧清风qiao