“未来飞机”长什么样子？
文｜IASC
科幻电影里，赛博朋克的摩登大厦直入云霄，都市云层的上方，飞行器极具流线美和科技感，潇洒地飞驰而过。每次看到这些场景，我都不禁为这些未来飞机的全新造型而着迷。
你呢？搭乘航班冲破云霄之际，会否畅想，未来的飞机会是什么样的？
图片来源：NASA
早在十年前，NASA率先开启“X-Plane”计划，通过机身改造技术，研究更安全、更快速、更环保的 “未来飞机”。
除了“X-Plane”计划外，业界巨头波音、空客、商飞也在试图通过机身改造技术开发下一代民航客机。
接下来，我们一起来探究未来飞机中最有市场潜力的翼身融合飞机 (Blended Wing Body)。
图片来源：NASA
如果说传统飞机的造型像飞鸟，那翼身融合飞机就是飞机中的“魔鬼鱼”了。
翼身融合（BWB）是众多概念飞机结构布局的一种，布局上机身和机翼平滑过渡，没有明显的分界。在结构上，BWB以大大加宽的扁平筒体为基础，机翼在翼根大大加厚，自然圆滑地融入机体。特别宽大的机体能提供40%以上的升力，大幅提升了整体升阻比。升阻比越高，飞机的气动效率就越高，飞机的巡航飞行性能就越好。
图片来源：Aerodynamic Design of Blended Wing-Body and Lifting-Fuselage Aircraft; Thomas A. Reist, D. Zingg
BWB的尾翼较小，发动机位于飞机的尾部而不是机翼下。对于同样起飞重量的飞机，BWB的翼展和翼面积可以大大减小，并且飞机内可用空间也更多。
BWB并不是一个新概念，最早在20世纪40年代已经出现，目前仍处于技术概念开发与验证阶段。
综合来看，BWB是目前市场反响最好的机身改造技术。
翼身融合的优势明显。
通过翼身融合，飞机可以获取更高的气动性能、隐身性能，还可以降低噪音和油耗。
关于“翼身融合”技术，中美欧都有过相关研究。不过主要是用于国防。但在民航界，“翼身融合”的开发和应用仍进展缓慢。
图片来源：airbornegeeks
近年来，在世界各国呼吁环保、要求航空界减少碳排放的背景下，翼身融合设计又得到了民航界的重视。
除了碳排放方面的考量，BWB也会提升乘客的飞行体验——BWB更接近剧院式布局，座椅更宽敞，活动空间更大，噪音更小。并且该技术成熟后，由于油耗显著减少，机票价格也可能会更便宜。
因此，世界民航组织、美国联邦航空管理局、欧洲航空安全局均认为，翼身融合飞机是实现未来“经济、环保、舒适、安全”的绿色民用航空的革命性技术之一。
Boeing &NASA
图片来源：NASA
早在2010年，波音幻影工厂、NASA 和美国空军研究所就已经开始合作研究BWB飞机的商用可能性。
2018年，波音披露了最新的BWB设计。直至今天，波音公司还在继续深化该项研究，探索其在全尺寸多用途应用的潜力。
但波音未来飞机设计部总监Sinnett也坦言，宽翼展是BWB最大的优势，使其能很大程度降低自身重量，从而在提高飞行性能的同时减少碳排放。但宽翼展飞机将导致机场容载量下降，这对于所有机场来说都是不能接受的。
Airbus&NASA
图片来源：AIRBUS
空客与NASA合作研制了“游侠MAVERIC”等比例模型技术验证机。
“游侠”飞机采用了BWB机身布局，该布局为推进系统开发不同类型开辟了新的可能性，机上乘客也将享有多功能机舱的配套体验。
MAVERIC于2017年推出，于 2019年6月首次升空。此后试飞活动一直在进行，并将持续到 2020 年第二季度末。
空客在介绍“游侠”时提到，与当前单通道飞机相比，“游侠”燃油效率预计能提高20%。
"空中客车正在利用新兴技术引领未来飞行。通过测试颠覆性的飞机构型，我们能够评估其作为未来可行产品的潜力。尽管目前这款技术验证机尚无具体的投入运营时间表，但其可能有助于实现民用飞机架构的变革，从而为航空业实现可持续发展的未来。"——空中客车工程执行副总裁Jean-Brice Dumont
DZYNE Technologies&NASA
图片来源：DZYNE Technologies
DZYNE Technologies 与 NASA 致力于研发小型 BWB 飞机，容量为 120 个座位。目前代表机型是BWB飞机The Ascent 。
DZYNE Technologies预测，小型BWB的销量将远高于400座以上的大型BWB。
与单通道飞机相比，The Ascent 宽短的双通道客舱配置方便乘客登机及疏散，且机场旅客桥无需改造即可使用，这将显著缩短机场周转时间，提高飞机利用率。相比大型BWB座位过多、客舱窗户有限，小型BWB的乘客体验会更好。而大型BWB饱受诟病的紧急疏散不能及时进行的问题，The Ascent 也得以解决。
中国商飞
报道显示，中国商飞公司设计研发中心的“追风”工作室在着重研制BWB小飞机验证机。
2018年7月，经过一系列的地面调试、滑跑测试及准备试验，中国商飞第二代翼身融合缩比验证机在西部通航负责管理的银川花博园通用机场成功首飞。
中国西北工业大学研究所
西北工业大学牵头组建了国内“翼身融合民机技术研究团队”。目前，团队针对翼身融合民机的一些主要关键技术已经系统开展了地面试验验证，并即将进入关键技术的集成验证和试飞验证阶段。
团队所完成的NPU-300概念方案基本解决了应用可行性问题。团队在翼身融合布局民机总体综合设计技术方面取得重大原创性研究成果。2019年，航空学报分别在中英文版专栏发表了这一研究成果。
未来，西工大预计用15年左右的时间，从较小尺寸的无人机试飞到大尺寸的无人机飞行验证，加速开展NPU-300缩比无人机飞行验证，推动翼身融合民机技术的进一步成熟，促进翼身融合民机从概念方案和关键技术研究向型号预研的转变。
图片来源：Technical University of Delft, Airbus and KLM
BWB目前还处于研发和试飞阶段，仍存在不少技术挑战。
首先，BWB的高速巡航性能很好，但起降性能较低；其次，宽短机身不易布置逃生舱门，达到世界民航组织规定的90秒应急撤离要求有难度；最后，增压客舱结构及其减重技术仍需要突破。
从用户角度考虑，航司最在意飞机的安全性和经济性，以下问题将是BWB要实现商用所要考虑的重点：
法规和认证——所有机身改造都尚未经过实践，将引发更多的安全性考量。并且BWB获得验证，走向市场的时间周期比较长。
购入价格——BWB等机身改造飞机研发成本高，购机初始成本也将随之升高。
燃油价格——高速低噪的BWB需要更高质量的飞行燃料，其单价相比普通航油更高。尽管BWB燃油效率提高，但在燃油技术进步前，整个飞行所需的燃油价格甚至会比普通飞机搭配普通航油更高。
延伸性研究的费用——提高BWB性能的同时，也需要对其配套领域的研发持续投入。比如，当BWB的速度提高到接近声速，就需要投入音爆等衍生领域的研究。
维护费用——宽翼飞机维护成本显著增高，MRO技术也需要随之改革精进；此外，BWB涡扇发动机位于机尾上方，不仅维护困难，且维护费用高。
图片来源：NASA
此外，乘客的体验感也需要反复论证。
座位体验方面，BWB客机的剧院式布局可能会显著增加远离中线的乘客在飞机爬坡时晕机的概率。
安全方面，BWB客机大多把涡扇发动机设置在机尾上方，一旦发生事故导致发动机脱落，就可能砸在后机身上。
