新一代超声速客机总体气动技术挑战与展望

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32069

超声速民机关键技术专刊

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新一代超声速客机总体气动技术挑战与展望

李军府¹^,²^,³, 赵彦²(), 王伟², 谢露², 张辉², 王龙², 袁麟², 谭玉婷², 宁宇²^,³

^1.西北工业大学航空学院，西安 710072
^2.航空工业第一飞机设计研究院，西安 710089
^3.西北工业大学飞行器基础布局国家级重点实验室，西安 710072

收稿日期:2025-04-02 修回日期:2025-05-26 接受日期:2025-06-03 出版日期:2025-06-23 发布日期:2025-06-10
通讯作者: 赵彦 E-mail:zhaoyan19920504@163.com

Challenges and prospects for overall aerodynamic technology of next-generation supersonic passenger aircraft

Junfu LI¹^,²^,³, Yan ZHAO²(), Wei WANG², Lu XIE², Hui ZHANG², Long WANG², Lin YUAN², Yuting TAN², Yu NING²^,³

^1.Aeronautical College，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^2.AVIC The First Aircraft Design Institute，Xi’an 710089，China
^3.National Key Laboratory for Fundamental Configuration of Aircraft，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China

Received:2025-04-02 Revised:2025-05-26 Accepted:2025-06-03 Online:2025-06-23 Published:2025-06-10
Contact: Yan ZHAO E-mail:zhaoyan19920504@163.com

摘要/Abstract

摘要：

超声速客机能够在航线上长时间以高于声速的速度飞行，可将亚声速客机执飞远距离航班的飞行时间缩短50%以上，有效改善旅程舒适性。因而，绿色高效的超声速客机再次成为民用航空领域的研究热点。简要回顾了超声速客机的发展历程，重点综述了超声速客机投入运营亟待解决的总体气动方面的技术挑战，包括多学科设计优化技术、飞发一体化设计技术、外部视景融合式驾驶舱设计技术、低声爆设计技术、声爆抑制技术、超声速巡航减阻技术、声爆风洞试验技术，探讨了超声速客机关键技术的发展方向。

关键词: 超声速客机, 多学科设计优化, 飞发一体化, 外部视景融合, 声爆, 超声速巡航减阻

Abstract:

Supersonic passenger aircraft can fly at speeds exceeding the speed of sound for extended periods along flight routes， reducing the flight time of long-haul flights operated by subsonic passenger aircraft by more than half and significantly improving journey comfort. Therefore， green and efficient supersonic passenger aircraft has once again become a research hotspot in the civil aviation field. This paper first briefly reviews the development history of supersonic passenger aircraft. It then focuses on summarizing the technical challenges in the overall aerodynamics that need to be addressed for the operational deployment of supersonic passenger aircraft， including multidisciplinary design optimization technology， integrated airframe-propulsion system design technology， external vision fusion cockpit design technology， low sonic boom design technology， sonic boom suppression technology， supersonic cruise drag reduction technology， and sonic boom wind tunnel test technology. Finally， it discusses the development directions of key technologies for supersonic passenger aircraft.

Key words: supersonic passenger aircraft, multidisciplinary design optimization, integrated airframe-propulsion system, external vision fusion, sonic boom, supersonic cruise drag reduction

中图分类号:

V211

李军府, 赵彦, 王伟, 谢露, 张辉, 王龙, 袁麟, 谭玉婷, 宁宇. 新一代超声速客机总体气动技术挑战与展望[J]. 航空学报, 2025, 46(20): 532069.

Junfu LI, Yan ZHAO, Wei WANG, Lu XIE, Hui ZHANG, Long WANG, Lin YUAN, Yuting TAN, Yu NING. Challenges and prospects for overall aerodynamic technology of next-generation supersonic passenger aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(20): 532069.

图/表 35

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

年份	研究主体	项目	航程/km	马赫数	乘客数	最大起飞质量/t	过压/Pa	地面声爆响度/PLdB
1990s	俄罗斯苏霍伊公司	S-21	5 028	1.4	6~10	51.8
2003	美国湾流公司	Gulfstream QSJ	8 890	1.8	8~14	45.4	7.2
2006	英国克兰菲尔德大学	Cranfield E-5	10 556	1.8	6	45.5
2009	美国超声速航宇公司	SAI QSST	7 408	1.6	8~12	69.4	14.4
2009	欧洲	HISAC-A	7 408	1.6	8	51.1	45.0
2009	欧洲	HISAC-B1	9 260	1.6	8	60.5	74.7
2009	欧洲	HISAC-C	7 408	1.8	8	53.3	20.1
2009	欧洲	Hawker/ Raytheon	9 260	1.8	6~8	54.1	19.2
2010	波音 N+2 NRA		7 408	1.6~1.8	35~70			85
2010	美国Aerion公司	Aerion AS2	8 334	1.4	8~12	54.9
2010	美国斯坦福大学	Uni. Stanford	7 408	1.6	6~8	43.1	20.1
2013	美国	Spike S-512	7 408	1.6	12~18	52.2		70
2013	日本JAXA	JAXA SSBJ-M	6 482	1.6	10	36	46.0
2016	美国NASA	NASA X-59		1.42	1	10.2		75
2016	博姆序曲		7 871	水面1.7陆上0.94	65~80

抑制技术	抑制原理
发动机喷流	喷流使飞机激波反射
能量注入技术（微波/脉冲等）	改变流场波系结构
吹吸气技术	改变流场波系结构
机头薄膜振动技术	薄膜振动改变激波传播方向
机头表面冷却技术	降低头激波传播速度

抑制技术	抑制原理
机头静音锥	激波膨胀波交替出现，阻止激波系合并
后体台阶	激波膨胀波交替出现，阻止激波系合并
热流腹鳍	改变流场波系结构
前掠梁	改变流场波系结构
头部圆盘	改变流场波系结构

新一代超声速客机总体气动技术挑战与展望

Challenges and prospects for overall aerodynamic technology of next-generation supersonic passenger aircraft

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