這是因為商業航空優先考慮安全問題，偏愛久經驗證的解決方案，還因為其他發展——例如材料和引擎——意味著傳統設計仍然適用。

然而，一場巨變即將發生。一種全新形狀的飛機已獲準在加利福尼亞上空起飛。上個月底，總部位于長灘的JetZero宣布，其1:8 比例的“混合翼身- blended wing body”示范機開拓者（Pathfinder） 已獲得美國聯邦航空局適航證，即將進行試飛。隨著該行業拼命尋找減少碳排放的方法，它面臨著比其他行業更嚴峻的挑戰，正是因為其核心技術已被證明很難擺脫。創新的時機已經成熟。

“混合翼身”看起來與標志性B-2轟炸機等軍用飛機使用的“飛翼-flying wing”設計相似，但混合翼在中段的體積更大。波音和空中客車都在對這一想法進行修補，JetZero的新里程碑使其更接近其雄心勃勃的目標，即最早在2030年投入使用混合翼飛機。

JetZero的聯合創始人兼首席執行官湯姆·奧利里（Tom O'Leary）在2023年8月告訴美國有線電視新聞網：“我們對大型噴氣式飛機實現零排放的道路感到非常強烈，混合翼機身可以降低50%的燃料燃燒和排放。”。“與行業習慣相比，這是一個驚人的飛躍。”

壓力之下

混合翼概念并不新鮮，用這種設計建造飛機的最早嘗試可以追溯到20世紀20年代末的德國。美國飛機設計師和實業家杰克·諾斯羅普（Jack Northrop）于1947年設計了一種噴氣式飛翼，這啟發了20世紀90年代的B-2轟炸機。

作為飛翼和傳統“筒機身-機翼- tube and wing”之間的一種混合體，混合翼允許整個飛機產生升力，最大限度地減少阻力。美國國家航空航天局表示，這種形狀“有助于提高燃油經濟性，并在飛機的中心體部分創造更大的有效載荷（貨物或乘客）區域。”該機構已經通過其一架實驗飛機X-48進行了測試。

2007年至2012年間，兩架無人駕駛、遙控的X-48進行了約120次試飛，證明了這一概念的可行性。該機構表示：“這種類型的飛機的翼展將略大于波音747，可以在現有的機場航站樓運行。”并補充說，與同樣先進的傳統運輸機相比，這種飛機“重量更輕，噪音和排放更少，運行成本更低。”

2020年，空中客車公司建造了一架長約6英尺的小型混合翼演示機，表明了未來對研發全尺寸飛機的興趣。但是，如果這種形狀如此有效，為什么我們還沒有開始基于它制造飛機呢？

根據奧利里的說法，有一個主要的技術挑戰阻礙了制造商的發展。“這是非圓柱形機身的增壓，”他說，并指出管狀飛機能夠更好地處理每次飛行帶來的不斷膨脹和收縮循環。

“如果你考慮一個‘筒機身和機翼’，它會將載荷分開——筒機身上有加壓載荷，機翼上有彎曲載荷。但混合機翼基本上將這些載荷混合在一起。只有現在我們才能用輕質堅固的復合材料做到這一點。”

這種全新的形狀將使飛機的內部看起來和感覺與今天的寬體飛機大不相同。奧利里說：“這只是一個更寬的機身。”。“典型的單通道飛機有3+3個座位，但這是一種更短、更寬的管子。有同樣數量的人，但可能在機艙里有15或20排，這取決于每家航空公司的配置方式。

“這只是給了一個全新的客艙座椅布局。我認為，看到他們對這個更廣闊的空間的解釋將是驚人的”。

革命潛力

奧利里說，就尺寸而言，最接近的飛機是波音767，這是一架20世紀80年代推出的寬體雙引擎飛機，通常可搭載約210名乘客。它仍然作為貨機生產，但被波音787作為客機所取代。它還有一種現代軍用型號KC-46，美國空軍使用它進行空中加油。

同樣，JetZero希望同時開發三種變體：一架可容納200多名乘客的客機、一架貨機和一架加油機。混合機翼形狀非常適合后者，去年美國空軍授予JetZero 2.35億美元，用于開發全尺寸演示機并驗證混合機翼概念的性能。軍用版的飛機計劃引領潮流，并可能支持商業型號的開發。

新獲得美國聯邦航空局（FAA）批準的開拓者號(Pathfinder)翼展23英尺，是全尺寸演示機的12.5%比例版本，預計將于2027年起飛。該飛機的設計與可持續航空燃料（SAF- Sustainable Aviation Fuel）100%兼容，內部容積可容納零碳排放的氫氣。

然而，從頭開始建造一架全新的飛機是一項艱巨的任務，JetZero的目標聽起來雄心勃勃，因為即使是現有飛機的變體，整個認證過程也可能需要數年時間。JetZero在這方面的一個優勢是，該飛機最初將借用當今窄體飛機的發動機，如波音737，盡管該計劃最終將轉向完全由氫氣驅動的無排放推進系統，這將需要尚未開發的新發動機。

JetZero尚未宣布其飛機的任何訂單，但奧利里去年告訴美國有線電視新聞網，航空公司對此感興趣。“我們已經與全球所有主要航空公司進行了交談，因為他們很高興聽到效率提高的消息。”

燃料使用量減少50%是否真的可能還有待觀察。美國國家航空航天局（NASA）和空中客車公司（Airbus）都對其設計給出了更為適中的20%的報價，而美國空軍表示，混合翼飛機可以“比目前的空軍加油機和機動飛機將空氣動力學效率提高至少30%”。

咨詢公司AviationValues的航空分析師貝利·邁爾斯(Bailey Miles表示：“值得注意的是，雖然混合翼身可以減少阻力并提高燃油效率，但實際效益取決于具體的設計、配置和操作條件。”

他補充道：“廣泛的空氣動力學測試和優化對于充分實現這種創新飛機設計的減阻潛力至關重要。如果不進行必要的測試，很難確定具體的燃油減少百分比。”

據邁爾斯介紹，混合翼設計是一個具有潛力的“革命性”想法，但它也存在許多障礙，特別是空氣動力學復雜性的增加，這可能會使設計和測試變得棘手，一系列監管和認證挑戰，以及可能不適合現有機場基礎設施的形狀。

他說：“混合翼身飛機作為航空業的游戲規則改變者，具有巨大的前景，提供了提高燃油效率、增強有效載荷能力和創新控制系統的潛力。然而，解決空氣動力學復雜性、確保結構完整性、克服監管障礙和調整機場基礎設施是實現這一目標必須克服的艱巨挑戰。”他補充說，除其他外，這些挑戰使JetZero 2030年投入使用的目標“難以想象”。

咨詢公司Aerodynamic Advisory的航空分析師理查德·阿布拉菲亞(Richard Aboulafia)表示，雖然并非JetZero的所有說法都能得到證實，但“混合翼身的想法多年來一直很有吸引力，聽起來他們做了一些非常有趣的研究。我和我的同事們認為這很有前景。”

他擔心該公司目前主要是“一家設計公司”，但他相信，在承包商的幫助下，該項目可能會起步。他說：“對于那些真正想在這個行業增加價值的人來說，肯定有空間。”

補充

是時候重塑航空業了！

與傳統的“筒機身-機翼- tube and wing”設計相比，我們的飛機顯著提高了空氣動力學效率，傳統的“筒機身-機翼- tube and wing”設計從理論上不穩定，需要大的尾翼氣動表面，從而產生更多的重量和阻力。

混合翼是一種自然穩定的設計，不需要尾翼氣動面，從而消除了不必要的復雜性。更短、更寬的機身被混合在一起，模仿機翼以提供升力。這減少了所需的氣動面，使飛機更輕，阻力更小。

 

效率的美妙之處在于它的復合。通過減少阻力和重量，發動機的尺寸得以減小，從而進一步降低了阻力和重量。其結果是，這架飛機具有小型寬體飛機的載客量和航程，使用了現有窄體飛機的發動機。這一突破填補了中端市場的空白，其飛機的燃料消耗和排放量將是其將取代的老舊機隊的一半。

 

注：原文見《 JetZero: Groundbreaking ‘blended-wing’ demonstrator plane cleared to fly 》

楊超凡