上浒充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 超音速客机的设计 80 80 Passengers 70 60 Revenue 60 50 50 40 % 30 20 20 10 10 0 囂晨高常胃气囂囂局贯高胃点胃胃袋 图2-4伦敦及纽约的优质旅游需求分析 可以预见，今后十几年，这些地区对超音速客机的需求及若开展超音速客机 航空公司的预测收入都将稳步增长，进一步证明了当今超音速客机的巨大市场潜 力。 2.3巨大的时间优势 超音速客机的最大竞争优势是时间缩短。因为超音速客机航行的时间差不多 比传统飞机缩短了一半。考虑时差的因素，下图是一个从迈阿密飞往巴黎的SST 与空客对比的例子。 6:00 10:00 14:00 18:00 22:00 2:00 4000 nm eastbound: 6:00 Mlaml ssT(M1.7:~4h15m Paris A350.(M0.85:8h.30.mn 14:00 18:00 22:00 2:00 6:00 10:00 14:00 图2-5从迈阿密飞往巴黎的SST与空客对比图 由上图可见，对于空客而言，其大部分航班集中在前一天的晚上出发，并用 于第二天早上到达目的地。然而这并不是乘客最理想的方式，因为乘客普遍更加 喜欢早上出发晚上到达的航班。而超音速客机则完全可以大部分集中在早上出发， 考虑时差影响后，于当地时间晚上到达，这对乘客而言是更好的选择。因此这也 正是超音速客机对乘客，尤其是一些高端乘客的巨大吸引力。 2.4合理改变航线可以消除音爆的影响 由于音爆的影响，SST在实际航行中需要进行部分绕弯路至大洋之上，以避 免音爆对于大陆人民的影响。但通过对四分之三的可能有80%以上超音速巡航的 SST的飞行航线分析，其中大约仅有六分之一的航线要求有10%以上的距离走弯 路，大部分的新航线与原航线相比，速度的优势完全可以补偿其多航行的话距离， 况且多航行的距相对而言也并不是很大
超音速客机的设计 4 图 2-4 伦敦及纽约的优质旅游需求分析 可以预见，今后十几年，这些地区对超音速客机的需求及若开展超音速客机 航空公司的预测收入都将稳步增长，进一步证明了当今超音速客机的巨大市场潜 力。 2.3 巨大的时间优势 超音速客机的最大竞争优势是时间缩短。因为超音速客机航行的时间差不多 比传统飞机缩短了一半。考虑时差的因素，下图是一个从迈阿密飞往巴黎的 SST 与空客对比的例子。 图 2-5 从迈阿密飞往巴黎的 SST 与空客对比图 由上图可见，对于空客而言，其大部分航班集中在前一天的晚上出发，并用 于第二天早上到达目的地。然而这并不是乘客最理想的方式，因为乘客普遍更加 喜欢早上出发晚上到达的航班。而超音速客机则完全可以大部分集中在早上出发， 考虑时差影响后，于当地时间晚上到达，这对乘客而言是更好的选择。因此这也 正是超音速客机对乘客，尤其是一些高端乘客的巨大吸引力。 2.4 合理改变航线可以消除音爆的影响 由于音爆的影响，SST 在实际航行中需要进行部分绕弯路至大洋之上，以避 免音爆对于大陆人民的影响。但通过对四分之三的可能有 80%以上超音速巡航的 SST 的飞行航线分析，其中大约仅有六分之一的航线要求有 10%以上的距离走弯 路，大部分的新航线与原航线相比，速度的优势完全可以补偿其多航行的话距离， 况且多航行的距相对而言也并不是很大
上帝充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 超音速客机的设计 下图是从迪拜飞往新加坡的航线，如果是超音速飞行的话，那么其航线将重 新设置使之尽量在海上飞，通过Google Earth,可见新的航线金币原有的亚音速 航线多行了300km左右，这完全可以有更快的航行速度来补偿。 Great Circle SINGAPORE Distance: 5845 km 图2-6从迪拜飞往新加坡的航线图 所以我们认为即使超音速飞机的陆上飞行禁令仍然有效，通过合理的设置新 的海上飞行线路，超音速客机依然可以克服的陆上飞行禁令的不利影响而实现最 大经济效应。 此外，由下表可见，实际上随着飞行距离的增加，按新设置的海上航线飞行 的超音速客机会比传统飞机有着更多的市场需求。 100% Conventional(rerouted distances) Low-boom(great circle distances) 50% 0% 0 5.000 10.000 15.000 20.000 O/D distance(km) 图2-7航线距离与市场需求关系 2.5飞机小容量将会有更大的市场潜力 对于超音速客机市场潜力的估计，我们可以使用下列式子计算 Nsst Py-PSP.(1+VEY) D (2-1) CsstPLF.365 Davg 其中Py是年旅客数量，PSP是乘客转换率，VEY是预期收益率的变化，Csst 是客机的额定载客量，PLF是乘客负载系数，D是始发地至目的地之间的大圆距 离，Davg是SST一天飞行的平均距离。 其计算结果由图可知。 5
超音速客机的设计 5 下图是从迪拜飞往新加坡的航线，如果是超音速飞行的话，那么其航线将重 新设置使之尽量在海上飞，通过 Google Earth,可见新的航线金币原有的亚音速 航线多行了 300km 左右，这完全可以有更快的航行速度来补偿。 图 2-6 从迪拜飞往新加坡的航线图 所以我们认为即使超音速飞机的陆上飞行禁令仍然有效，通过合理的设置新 的海上飞行线路，超音速客机依然可以克服的陆上飞行禁令的不利影响而实现最 大经济效应。 此外，由下表可见，实际上随着飞行距离的增加，按新设置的海上航线飞行 的超音速客机会比传统飞机有着更多的市场需求。 图 2-7 航线距离与市场需求关系 2.5 飞机小容量将会有更大的市场潜力 对于超音速客机市场潜力的估计，我们可以使用下列式子计算 （2-1） 其中 Py 是年旅客数量，PSP 是乘客转换率，VEY 是预期收益率的变化，Csst 是客机的额定载客量，PLF 是乘客负载系数，D 是始发地至目的地之间的大圆距 离，Davg 是 SST 一天飞行的平均距离。 其计算结果由图可知
上帝充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 超音速客机的设计 500 --10% 一15% 400 20% -30% 一50% 300 -100% 200 10 50 75 100 125 150 175 200 SST aircraft capacity 图2-8超音速客机乘客容量与市场潜力关系图 从图中可以看出，超音速客机的乘客容量越小，其市场潜力将越大。这也说 明越小的乘客数意味着越大可能的经济回报。 综上，由以上五点不同方面的分析可以看出，从现在到今后的十几年里，超 音速客机将会有着巨大的市场潜力，因此航空公司进入超音速客机市场进行分割 这块蛋糕，必将有着巨大地经济回报。 三.飞机名称，总体参数与飞行任务 经过上述的市场分析后，我们决定设计最大乘客数为40人的超音速客机， 而考虑到它的航线应处于最具潜力的地方，因此我们飞机设计的航线为从伦敦往 返于洛杉矶之间。而我们的飞机取名为“圣西罗”号，以纪念意大利足球俱乐部 AC米兰。 我们飞机的总体尺寸参数与飞行任务如下表所示： 总长（超音速模态） 50m 座位高度： 1.2m 翼展（超音速模态） 23m 座位面积： 1m*1m 翼展（亚音速模态） 50m 般航程： 9000km(伦敦到洛杉 矶) 机身平面投影面积 481.5sqrm 最大航程： 13000km 机身长度（超音速模 31m 巡航马赫数： 2 态) 机身最大高度 2m 巡航高度 18000m 机身最大内高 1.8m 最大乘客数： 40 机身最大外宽（超音速 5m 驾驶员数目： 模态) 机身最大内宽（超音 4.4m 空乘数目： 速模态) 表3-1飞机总体尺寸参数与飞行任务 6
超音速客机的设计 6 图 2-8 超音速客机乘客容量与市场潜力关系图 从图中可以看出，超音速客机的乘客容量越小，其市场潜力将越大。这也说 明越小的乘客数意味着越大可能的经济回报。 综上，由以上五点不同方面的分析可以看出，从现在到今后的十几年里，超 音速客机将会有着巨大的市场潜力，因此航空公司进入超音速客机市场进行分割 这块蛋糕，必将有着巨大地经济回报。 三．飞机名称，总体参数与飞行任务 经过上述的市场分析后，我们决定设计最大乘客数为 40 人的超音速客机， 而考虑到它的航线应处于最具潜力的地方，因此我们飞机设计的航线为从伦敦往 返于洛杉矶之间。而我们的飞机取名为“圣西罗”号，以纪念意大利足球俱乐部 AC 米兰。 我们飞机的总体尺寸参数与飞行任务如下表所示： 总长（超音速模态） 50m 座位高度： 1.2m 翼展（超音速模态） 23m 座位面积： 1m*1m 翼展（亚音速模态） 50m 一般航程： 9000km(伦敦到洛杉 矶) 机身平面投影面积 481.5sqrm 最大航程： 13000km 机身长度（超音速模 态） 31m 巡航马赫数： 2 机身最大高度 2m 巡航高度 18000m 机身最大内高 1.8m 最大乘客数： 40 机身最大外宽(超音速 模态) 5m 驾驶员数目： 2 机身最大内宽（超音 速模态） 4.4m 空乘数目： 2 表 3-1 飞机总体尺寸参数与飞行任务
上帝充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 超音速客机的设计 四.飞机不同飞行模态介绍及外形，内部布局和说明 4.1飞机外形三维立体视图 下图为利用G画的圣西罗号的外形三维立体视图，为了给大家一个对于‘圣 西罗号’更加直观的感受。 图4-1圣西罗号外形三维立体视图 部分小的部件图详见后文。 4.2飞机三视图 下图为利用G画的飞机的三视图，包括俯视图，左视图和前视图 5.600 9,500 31,000 s0,000 图4-2飞机的三视图
超音速客机的设计 7 四．飞机不同飞行模态介绍及外形，内部布局和说明 4.1 飞机外形三维立体视图 下图为利用 UG 画的圣西罗号的外形三维立体视图，为了给大家一个对于‘圣 西罗号’更加直观的感受。 图 4-1 圣西罗号外形三维立体视图 部分小的部件图详见后文。 4.2 飞机三视图 下图为利用 UG 画的飞机的三视图，包括俯视图，左视图和前视图 图 4-2 飞机的三视图
上降充通大￥ SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 超音速客机的设计 4.3亚音速模态与超音速模态介绍 为了实现在超音速及亚音速下都有最佳的气动效率，圣西罗号采用一个关于 纵轴与横轴对称的翼身融合体的造型。这样，在飞行的过程中，大的表面积有利 于减小飞机的翼载荷，这个也可以在后面的翼载荷计算中得到证明。 下图是飞机在进行超音速飞行的模态与方向。 (鸭翼) 前 方向 图4-3超音速飞行模态与方向 而进行亚音速飞行时，飞机将在超音速模态下旋转90°，从而变为下图的模 态与方向飞行。 飞方向 图4-4亚音速飞行模态与方向 从超音速与亚音速模态对比可以看出，圣西罗号在超音速飞行时，飞机的长 度为50米，同时翼展为23米，所以此时的展弦比为1.1，十分小，同时它的后 掠角为67.56°，可见超音速模态下圣西罗号有着更小的展弦比及更大的后掠角， 因此这些都有利于超音速下的飞行。同时超音速下超细的外形也使得圣西罗号能 够降低向下的激波传播以及音爆，从而有利于减小噪声的影响。此外超音速模态 下的翼型厚度也十分薄，相对厚度为0.03（具体参数见后面翼型部分介绍），因 此在超音速下飞行可以有效地减小波阻， 8
超音速客机的设计 8 4.3 亚音速模态与超音速模态介绍 为了实现在超音速及亚音速下都有最佳的气动效率，圣西罗号采用一个关于 纵轴与横轴对称的翼身融合体的造型。这样，在飞行的过程中，大的表面积有利 于减小飞机的翼载荷，这个也可以在后面的翼载荷计算中得到证明。 下图是飞机在进行超音速飞行的模态与方向。 图 4-3 超音速飞行模态与方向 而进行亚音速飞行时，飞机将在超音速模态下旋转 90°，从而变为下图的模 态与方向飞行。 图 4-4 亚音速飞行模态与方向 从超音速与亚音速模态对比可以看出，圣西罗号在超音速飞行时，飞机的长 度为 50 米，同时翼展为 23 米，所以此时的展弦比为 1.1，十分小，同时它的后 掠角为 67.56°，可见超音速模态下圣西罗号有着更小的展弦比及更大的后掠角， 因此这些都有利于超音速下的飞行。同时超音速下超细的外形也使得圣西罗号能 够降低向下的激波传播以及音爆，从而有利于减小噪声的影响。此外超音速模态 下的翼型厚度也十分薄，相对厚度为 0.03（具体参数见后面翼型部分介绍），因 此在超音速下飞行可以有效地减小波阻