洛克希德马丁的X-59静音超音速测试飞机没有前向视野,飞行员通过视觉设备观察前方
X-59超音速测试飞机是由美国国家航空航天局(NASA)和洛克希德马丁公司联合研发的科研项目,希望通过减小飞机突破音障时发出的噪音,来推动超音速客机的可行性。传统的飞机在突破音障时会产生大于100分贝的巨大音爆噪声,从而干扰到地面居民,因此美国联邦航空管理局(FAA)在1973年禁止商业超音速飞机在低空飞行,超音速客机领域的发展一度陷入停滞。
声音的本质是一种压缩扩散的空气波,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,这就导致多个声波在飞机后部撞击在一起,产生类似爆炸的巨大噪声。
X-59的外形极为细长,像一只飘逸的鸟类,机头呈类似鹤类尖喙的形状,占机身总长的三分之一,整体式圆弧座舱完全融入机身,没有前向挡风玻璃。X-59采用少见的三翼面布局,前置鸭翼的作用是为了平衡整体机身的力矩,增强飞机的抬头能力,提升起降性能,因为飞机的机头实在太长了。飞控系统和起落架直接沿用F-16Block25。X-59的外形基于几十年来对音爆的研究,可将多个声波向不同方向发散,从而减轻了音爆现象和对飞机物理结构的影响,发动机安装在机身上方,也是为了防止声波向地面扩散。为X-59提供动力的是通用电气的F414-GE-100发动机。这种发动机被用于各种战斗机,如萨博JAS-39鹰狮和F/A-18E/F超级大黄蜂。这架飞机有望以1.4马赫在55000高度巡航飞行,地面上的人们能听到的声音大约有75分贝,相当于汽车行驶的声音。
由于没有前向视野,X-59的飞行员需要依靠“外部视觉系统(XVS)进行观察。一部4K摄像机安装在机头上方,增强飞行视觉景观系统(FVS)位于机头下方,FVS集成了多个红外和EVS3600可见光摄像头。这些外部观察装置可以在夜间和恶劣天气条件下让飞行员更清楚地识别跑道和周边环境,从而减少事故的发生,并将平视显示系统(HUD)的符号集成在显示器上,为飞行员提供各种必要的实时数据。这套系统曾经在UC-12“空中国王”公务飞机上进行过测试。其实很多飞机都安装有类似于XVS的前向视觉系统,但是它们都没有完全取代挡风玻璃,试想一个问题,如果X-59的前向视觉系统发生故障,则飞行员将失去任何前向态势感知手段,这确实是一个潜在安全风险。
X-59也可采用F-35配备的光电分布孔径系统(EODAS),该系统由分布在机身的6套光电探测装置组成,可通过飞行员头盔瞄准器提供360度3D视觉效果,穿透机身障碍看到广域外景图像,可能这套系统比FVS的效果更好。
前部视线有遮挡的飞机设计并不罕见,1970年代英法联合研制的协和式超音速客机也具有极为细长的机头,三角翼飞机起飞和着陆时的迎角较大,又长又尖的机鼻会影响飞行员对跑道的视野。为了改善起降视野,其机头设计成可下垂式,在起降时可以往下调5至12度,同时升起带有四片挡风玻璃的整流罩,在巡航飞行时机鼻抬起恢复流线型状态。
还有《壮志凌云2》中的“暗星”高超音速飞机也没有标准的前向视野,其座舱形状也不是X-59的圆弧形整体式座舱盖,而是在尖锐机头的上方中央有一条隆起形状,两片挡风玻璃分列两边,该虚构飞机与传闻中洛克希德马丁的SR-72高速侦察机很像。
X-59超音速测试飞机不仅开启了美国航空界对民用超音速客机的新研究,其静音技术对美国空军也是有用的。