比声音还快——漫谈超音速客机

万磁王

　　洛克希德的 L-2000 方案介于协和式和图-144 之间，只是比两者都要大一号。L-2000 采用双三角翼，翼下四台发动机，布局循规蹈矩，不过因为“美英一家”的缘故，没有人指责洛克希德抄袭英法。道格拉斯的方案和洛克希德的方案大同小异。

洛克希德的 L-2000 模型

洛克希德 L-2000 三视图

洛克希德气动外形的演进

洛克希德最后采用简单的双三角翼布局，双三角翼延伸到接近机头的地方

洛克希德想像的机场的情景，比同在登机楼的波音 707 一级的亚音速客机长了几乎 50%

L-2000 也进入了全尺寸模型阶段

洛克希德的公关没有闲着，将全尺寸模型当模特表演台了，值得注意的是 L-2000 的机窗，比饭碗大不了多少

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　　波音开始时的方案也研究过无尾大后掠三角翼，但是在竞争 TFX（最后通用动力胜出，推出 F-111）时，波音积累了相当的变后掠翼的设计经验，引起波音超音速客机研制人员的强烈兴趣，在波音内部的竞争中，变后掠翼胜出，公司代号波音 733。但是洛克希德和道格拉斯都用 2000 作为代号，分别为 L-2000 和 DC-2000，意喻 21 世纪的超先进技术，波音也不甘落后，最后将波音 733 改名为波音 2707，既有 21 世纪的含义，又提醒人们波音 707 将民航推入了喷气时代。波音 2707 的方案几经变更，从波音 2707-100 演变到-200，载客从 150 逐渐增加到 250，最后达到 300 人以上，发动机从机身下集中的四发（类似 B-1 轰炸机）变到平尾下的四发，速度从 M3 降到 M2.7，航程 6,440 公里（-300 增加到 6,760 公里）。波音 2707-200 的变后掠翼可以在 20-72 度后掠角之间变化，在不牺牲超音速巡航性能的前提下，优化低速起飞、着陆和亚音速巡航的性能。后一点十分重要，因为波音已经意识到噪声和音爆的问题，小后掠角可以以较低的速度起飞、着陆，大大减低噪声；音爆将使超音速客机在大陆上空被迫以亚音速飞行，所以亚音速将不仅仅是过渡阶段，可能有相当一部分航线将以亚音速飞行。在机翼后略到最大角度时，机翼后缘和平尾前缘重叠，形成完整的大后掠三角翼，在保持“合成”机翼的相对厚度条件下，容许机翼厚度增加，简化结构设计和增加翼内载油量，这一点和 F-14 非常相似。和 F-14 不同的是，波音 2707-200 的四台发动机安装在尾翼下，这是一个十分独特的设计。发动机安装在机尾并不罕见。飞机速度增高时，气动升力中心不断后移，而重心保持不变，自然形成一个低头趋势，需要压平尾来恢复水平，这个动作称为配平。压平尾形成的向下气动压力增加了阻力，称为配平阻力。机尾发动机的重量形成自然的配平力矩，减少配平阻力，这是为什么 60 年代尾置发动机布局十分流行的重要原因。尾置发动机的另一个好处是，发动机远离机舱，噪音较低。尾置发动机在机械故障、涡轮盘碎裂时，碎片不易伤及乘客，对安全性要求及其严格的客机也是一个有利因素。但是尾置发动机一般离地较高，维修不便。波音将发动机安装在水平尾翼下，既利用了尾置发动机的优点，又避免了维修不便的问题，是一个不错的主意。对于波音 2707-200 这样的变后掠翼飞机来说，固定的尾翼下的发动机还避免了常规的翼下发动机的麻烦，因为机翼后略角变化时，翼下发动机必须同步偏转，以保持和前进方向一致。B-1 轰炸机那样在翼根下密集安装发动机的做法对客机不合适，发动机的噪音和振动离机舱太近，这也是波音 2707-100 演变为-200 的一个重要原因。

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　　FAA 在主持超音速客机的研制的同时，还在通用电气和普拉特·惠特尼之间竞选适用的发动机。通用电气的 GE4 涡喷发动机从 B-70 超音速轰炸机的 J93 发动机发展而来，普惠的 JTF17 涡扇发动机落选。

波音 2707-200 上巨大的通用电气 GE4 涡喷发动机，推力达到 311kN

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　　但是天下没有免费的午餐。变后掠翼应该尽量缩小固定段，加大可动段，以强化变后掠翼的效果。但是为了容许可动的外翼达到大后掠，转轴必须向外移动，否则外翼的“翼根”在大后掠时就要切入机身了。主起落架的布置也要求固定段向外延伸，以保证起落架有足够的横向稳定性。外延的固定段的厚度一方面增加阻力，另一方面使机翼的厚度不均匀，连接部在气动上的不连续也大大影响了机翼的气动效率。更要命的是，为了容纳可变后掠角的机翼，固定段内大量体积不能用来装载燃油，可动的外翼也不适宜装载太多的燃油，这样只能加长、加宽机身来装载燃油，结构上的空间利用率相当糟糕。这还没有考虑变后掠翼固有的机械复杂性和可靠性问题，以及本身的重量代价。超重问题还没有到此为止。由于机身极长（达 97 米，大大超过了波音 747 的 71 米），发动机在机尾，在很大一个速度范围内，还是需要用配平力矩来保持平衡，所以增加了鸭式前翼。但这样一来要求增加超长的机体的刚性，好在空中不至于像面条一样扭来扭去。机翼和尾翼也有同样的结构刚性增强的问题。结构加强就意味着额外的重量，到 68 年，FAA 的项目评估伤心地写道：“波音 2707-200 的航程可以空载飞越大西洋，或者满载飞到大西洋的中间”。这显然是远远不符合要求的。没有办法，波音被迫再重起炉灶，推出了较常规的波音 2707-300 方案。-300 方案放弃了变后掠翼，改用常规的三角翼，但保留平尾，从某种意义上讲，有点像一架大大放大的歼-8。4 台发动机也搬家到常规的机翼下。

三角航空涂装的波音 2707-300 超音速客机想象图

60 年代是美国人最牛气的时候，阿波罗宇航员把美国国旗插到月亮上去了，涂着大大的美国国旗的超音速客机在世界的上空耀武扬威是很合美国口味的事

波音 2707-300 的全尺寸木质模型，只有左半。10 亿美元的投资，最后只有这么一件看得见、摸得着的东西。计划下马后，模型以 9 万美元的价格卖出去，大概卖的是木头的价。今天只有机头还保存在博物馆

几种超音速客机的大小对比：从上到下：波音 2707-300、洛克希德 L-2000、协和式、图-144

　　尽管波音 2707 和波音 747 的工程开发是在同期进行，但 747 是“自费”项目，2707 是“公费”项目，自然成为波音的头号重点。68 年波音 2707-300 进入了原型研制阶段，向公众展示了全尺寸模型，计划 70 年首飞；生产型预计 69 年开始制造，72 年首飞。但这个时候，风水变了。
　　60 年代是一个动荡的年代。美国在越南陷入了深深的泥潭，在政治和经济上第一次尝到虚弱的味道。美国国内的民权和自由化运动风起云涌，公众对保护自身利益和保护环境的意识空前高涨，超音速客机的音爆、污染和对臭氧层的破坏，激起了公众对超音速客机的强烈反对。
　　如前所述，超音速飞行时，引起 N 形波，N 形波的前锋和后缘的空气密度急剧增高，传到人耳里，就是强烈的爆炸一样的声音，一般称为音爆（sonic boom）。事实上，炸药爆炸的巨大响声就是突然和急剧地压缩空气的结果。N 形的激波像两把撑在飞机一前一后的伞一样，向地面延伸，所以音爆总是“砰砰”地接连两声。飞机越大，速度越快，音爆越强烈。音爆现象早就为人们所熟知，但研制超音速客机之初，人们错误地认为，只要飞得足够高，音爆应该不成问题。在试飞 3 倍音速的 B-70 轰炸机时，这个观点被粉碎了，在两万米高度飞行的 B-70 仍然能够产生强烈的音爆。更加严重的是，客机的噪声污染将不再局限在机场周围，而是泛滥到所有航迹所及的地方，同时将不分昼夜。为了测试超音速客机频繁飞行产生的音爆对城市居民的影响，FAA 和美国空军在 1964 年在俄克拉荷马市（Oklahoma City）进行了为期 6 个月的音爆试验，每天由空军的超音速飞机（主要是 F-104 和 B-58，偶尔也有 F-101 和 F-106）飞越城市，产生  8 次音爆，音爆强度远远不到震碎玻璃的程度，以测定对居民生活的影响。由于市民事先得到通知，知道音爆的准确时间，所以开始时市民并没有太在意，有些施工工地的工人甚至一听到音爆，就知道喝咖啡休息的时间到了。但是没有多久，玻璃开始震碎，墙壁开始开裂，市民们开始愤怒，而 FAA 充耳不闻，对市民的赔偿要求不理不睬，进一步加剧了市民的愤怒，很快发展成政治事件，抗议、投诉、索赔像雪片一样飞进各级政府和主持试验的 FAA，以后发展成市民对政府的官司。俄克拉荷马市的音爆试验在很大程度上促成了对超音速飞行的极端负面的公众舆论，为日后在大陆上空禁止民航超音速飞行种下了种子。

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美国海军“蓝天使”飞行表演队的一架 F-18 在水面上超低空超音速飞行，激波在水面留下一条航迹，这要是地面，单薄一点的房子都可能被震倒

　　除了音爆外，超音速客机的涡喷发动机是为超音速巡航而优化的，迎风截面小，喷气速度高，起飞、着陆时还要打开加力，这样在起飞、着陆时的噪音异常尖利、响亮，造成很大的噪声污染问题。高空飞行对臭氧层的破坏是有案可查的，只不过军用超音速飞机一般还是以亚音速巡航，但大量的民航超音速飞行对臭氧层的影响，引起公众极大的疑虑，毕竟热爱在太阳下“烤肉”的人们不希望增加患皮肤癌的可能。虽然后来被证明为夸大其词，亚利桑那大学的科学家在国会作证，500 架超音速客机在美国上空夜以继日地穿梭飞行，将每年增加 1 万名皮肤癌患者。限于发动机技术，超音速客机的发动机在低速时的推进效率较差，燃烧也不好，协和式起飞时遮天蔽日的黑烟，引起对环境污染日益敏感的公众极大的不满。

看看这黑烟，已经飞起来了，还是那么厉害。这还是客气的，看看下一张

这个怎么样？环保组织不砸上门来才怪

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　　公众的反对只是问题的一半。为了最大限度地减小超音速巡航阻力，超音速客机的机舱截面尺寸都是尽可能小，这样一来，机舱十分局促，不利于增加载客量。超音速客机需要异常长的跑道，不仅限制了可以起降的机场，也增加了航空公司的运营成本，机场当局是不会让你免费使用额外资源的。由于波音 747 和其他宽体客机的出现，亚音速客机的载客量大大超过超音速客机，而单位燃料又大大降低，协和式的人-公里油耗达到 3.5 倍于波音 747，使本来对超音速客机有利的经济算盘全颠倒了过来。更要命的是，第一代超音速客机的航程很尴尬，用作跨越大西洋的飞行足够了，但是跨越太平洋还不够。旧金山到东京的航线必须在夏威夷或中途岛停一下，加油再飞。这样一来，不需要中途加油的高亚音速的波音 747 反而可以先抵达东京，747 宽大的机舱还为旅客提供了舒适得多的环境。而这时正好是超音速客机十月怀胎的关键时刻。
　　协和式客机正在准备进入航班服务的时候，一头撞上了公众的反对，73 年的石油危机成为压断骆驼脊背的最后一坨巨石，各国航空公司本来争先恐后下的订单，一夜之间全挥发了。14 架生产型协和式中，只有 9 架是“按标价”由政府补贴出售给英国和法国的国营航空公司的，剩下的 5 架全是以 1 英镑或 1 法郎的象征性价格无偿转让的。英法从来没有公布过协和式计划的总投资，后人估计达 76 年币值 11 亿英镑，或者 2000 年币值 110 亿美元。在惨淡经营近 30 年后，协和式遇上 911 和 Gonesse 的空难，最后于 2003 年 9 月退出航班服务，所有剩下的飞机都散失到各地的博物馆去了。有趣的是，老对头波音在西雅图的飞行博物馆里收藏了一架，当年差点要了协和式的命的纽约，也在无敌号航母博物馆里收藏了一架。

Gonesse 的空难对协和式是灾难性的

向老兵最后的敬礼

在德国 Sinsheim 的科技博物馆里，协和式和图-144 终于和平共处。Sinsheim 是一个好博物馆，在斯图加特和曼海姆中间，收藏有飞机，有汽车，一定要去

纽约的协和式停放在驳船上

　　苏联的图-144 尽管抢先首飞，但是问题多多，反而在协和式之后投入载客航班运行。先于 75 年 12 月 26 日在莫斯科到哈萨克首府阿拉木图之间开通一条航线，只运邮件和货物，不载客。看来苏联对图-144 也没有信心。77 年 12 月开始，莫斯科-阿拉木图航向开始载客。但是燃油系统的一个设计问题导致 78 年 5 月 23 日一架图-144 在空中大量泄漏燃油，导致一台发动机起火，飞行员成功地把飞机降落了下来，但是两名机组人员不幸丧生。此后在地面试车中，又一台发动机爆炸。一个月后，图-144 载短短 6 个月载客飞行后，就停止了载客航班飞行。此后图-144 断断续续地复飞过，航迹远达远东的哈巴罗夫斯克，但都是包机、专机飞行，再也没有飞过正常航班。图-144 生产型的总产量也只有 14 架，成为盲目的“为国争光”的牺牲品，极大地浪费了珍贵的国家资源。在此之前，图-144 还出过一次采。在 73 年巴黎航展时，看到同台演出的协和式在航展的低空低速范围内有很出色的表现，图-144 为了在西方面前露一手，接连做了几个高惊险动作。但是在表演完毕着陆时，下错了跑道，飞行员在恼怒中猛然拉起，作了一个陡直的爬升，在改出的时候，动作过猛，导致发动机全部熄火。这是发动机紧密布置在一起特有的问题，称为 sympathetic flame out 是由于进气道在气动上紧密交联而引起的。飞行员可能为了利用气流重新启动发动机，将飞机带入俯冲，但高度不够，发动机还没有启动，已经快要触地了。在企图拉起时，超过机体结构强度，当场空中解体坠毁，造成一时轰动。不过这是西方官方的说法，民间有别的说法，其中一个说法是法国空军的一架幻影战斗机紧追不舍，要近距离看个究竟，图-144 为了避让，做出过火机动，导致事故。不过航展所在的布尔歇机场周围的可见度很好，图-144 的整个航线都在航展观众视界之内，至今为止，没有看到照片证明当时有幻影在场。另一个说法是黑匣子当时就找到了，原因也很清楚，苏联为了做惊险动作，在表演前临时对飞行控制系统作了小修改，放宽极限，但改出了问题，苏联只好打碎牙齿往肚里吞。这个说法的可能性比较大。事实如何，还有待知情人讲那“不得不说的故事”了。

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73 年巴黎航展时图-144 失事，从左到右：猛然拉起，急剧俯冲，空中解体，坠毁

　　尽管图-144 在 78 年久停止了航班飞行，但是图波列夫工厂还是不可思议地继续制造图-144，最后一架在 84 年出厂，苏联用这架飞机进行了一些高空臭氧破坏研究，封存之前只有 83 小时的飞行时间。96-97 年间，NASA 和俄罗斯合作，将这架图-144 进行了大量的改装，使之恢复飞行状态，用来做超音速飞行的研究。不过图-144 只有打开加力才能达到 2 马赫，否则只能以 1.6 马赫巡航。协和式也需要在起飞和加速时打开加力，但是达到 2.2 马赫的巡航速度后，只需要非加力推力就可以维持速度。由于种种技术原因，96-97 年图波列夫和 NASA 合作期间，速度限制在音速以下，所以到底对 NASA 的超音速研究起到多少作用，也只有天知道。由于这架图-144 换装了图-160 轰炸机的新型 NK321 发动机，俄罗斯军方不准出境，所有飞行全部在俄罗斯空域进行。这个计划在 99 年中止。不过这都是后话了。
　　图-144 的问题波音不以为然，但协和式的问题波音不得不在乎。波音一方面胆战心惊地看着协和式像怒海中的扁舟一样被公众舆论的口水所淹没，另一方面被波音 2707-300 的种种技术难题搞得焦头烂额。机体所需的新型钛合金还在研制中，预算严重超支，工期严重拖延，前景一片阴暗。在这当口，美国国会帮波音了断了这桩烦心事：在花了当时币值 10 亿美元之后，于 71 年中止对美国超音速客机计划的一切拨款。波音受此冲击，差点一口气接不上来，其间的辛酸在“波音的故事”中有所叙述。FAA 从此失去了主导民航飞机科研的权利，NASA 接受过去，不光主持宇航科研，也开始主导民航科研。后人评论，如果美国当时选技术上稳妥一点的洛克希德 L-2000 方案上，或许不至于拖到风水转了还在十月怀胎。不过这个事情难说，没准坚持到投产了，最后成为更大的鸡肋，损失更大。超音速客机下马，西雅图也不全是损失。67 年美国 NBA 要在西雅图拉一个球队，公开征求名字，当时美国除了阿波罗外，形象工程就数波音的超音速客机了，于是西雅图的 NBA 球队 就成了“超音速队”（The Supersonics）。时间久了，超音速客机也下马了，超音速队就被简化为音速队（The Sonics）了。

　　协和式客机载公众反对的惊涛骇浪中，终于战战兢兢地投入航班服务。但是协和式的首选目的地纽约在公众舆论的反对下，决定禁止协和式在纽约起陆。还好上帝关闭一扇门，总是打开一扇窗。华盛顿机场决定容许协和式起落，尽管协和式在进入美国大陆上空后必须减速至亚音速以避免音爆的问题。协和式的主要航线在大西洋上空，音爆不是问题。高空超音速飞行对臭氧层的影响被证明是夸大其词，飞机起落时的发动机黑烟问题也逐渐得到缓解。势利的纽约人不堪忍受华盛顿有协和式的航班而纽约没有，也容许协和式在纽约起降了。廉价航空的先驱 Braniff 和英航达成协议，将华盛顿的航线延伸到休斯敦，当然整个大陆航段都是亚音速的。新加坡航空公司也和英航协商，开辟伦敦到新加坡的超音速航线的事宜。美国又坐不住了，开始在 80 年代研制第二代超音速客机，英法也跟进，研制协和式的后继。苏联正好陷在阿富汗的泥潭里，但是没有放弃，也提出了纸面上的方案。

曾经订购协和式的几个航空公司的想象涂装

新加坡航空公司曾租用一架英航的协和式试航新加坡航线，左面是新航图装，右面是英航涂装

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　　第二代超音速客机以“高速民航运输机”（High Speed Civil Transport，HSCT）为旗号，重点在于经济性，要求借鉴已经在高亚音速宽体客机上大见成效的先进涡扇发动机技术，在低速时也有不亚于亚音速客机的经济性，同时大大增加载客量，改善航空公司的人-公里成本。
　　美国的几个 HSCT 方案都大同小异，但尺寸比第一代要大得多，动辄载客 300 人以上。波音把波音 2707-300 从架子上拿下来。掸掉灰尘，“老太婆抹粉”，以旧充新。麦道的方案和波音的差不多，NASA 和以制造海军战斗机著称但从未涉足民航客机领域的沃特（Vought）合作，也拿出一个大同小异的方案。只有洛克希德的方案有点新意。洛克希德方案也是有尾三角翼布局，但是三角翼延伸出去，成为箭形翼。最特别的地方是发动机，四台发动机两两成对，一个在翼下的常规位置，另一个却在翼上。机翼上表面的气流速度较快，流场分布也较复杂，所以很少有把发动机布置在机翼上面的。仅有的特例是利用上表面吹气增升效应（也称 Coanda 效应）的安-72 和波音 YC-14，利用发动机喷气流在机翼上表面吹过，引射更多的气流，达到增升的效果。此外还有道尼尔 VFW614 和本田喷气机采用翼上发动机，但那是为了降低机翼离地高度，缩短起落架长度，在气动设计上并没有太大的优越性。洛克希德的这个方案明显不是利用 Coanda 效应，也没有缩短起落架的意思，其用意不是太清楚，但是外形特征明显，看起来很酷。协和式和图-144 的机头锥可以下垂，这是为了解决起飞、着陆时飞行员的视野问题，但带来了不小的重量代价和机械上的可靠性问题。HSCT 方案基本都采用闭路电视来帮助解决飞行员视野的问题，而采用固定的机头锥以节约重量。

波音 HSCT 正在朝阳中起飞

波音 HSCT 想象图，采用 4 台变循环发动机

麦道的 HSCT 方案三视图，机翼略宽一点，具有前缘襟翼，以改善低速时的操控性能

波音与麦道 HSCT 外形对比，麦道在 MD-11 销售呆滞、A-12 下马和 ATF 和 JSF 落选，再也没有喘过气来，最后降下了帷幕

本田的喷气公务机 Hondajet，发动机安装在机翼上方。可以看到，本田喷气机的起落架很短

战前曾制造当时世界最大的水上客机 Do 228 的道尼尔，战后只有小打小闹的本钱了，VFW-614 是道尼尔制造的最大的飞机了，这是仅有的几种喷气发动机安装在机翼上方的一种，同样具有很短的起落架

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　　英法也合作研制协和式的后继，在气动外形上继承协和式的基本布局，但是增加了鸭式前翼，以改善低速时的操控性能。“协和之子”有两种大小，一个载客 250 人，采用类似协和式的 S 形前缘大三角翼；另一个则载客 400 人，大三角翼更呈箭形，也就是说，后缘带一点后掠。苏联只提出了图-244 的方案，但没有花太大的力气。

“下一代协和式”的三视图

图-244 的想像图，设想载客 300 人，航程达 10,000 公里

图-244 三视图

　　第二代超音速客机的气动设计没有革命性的突破，只是在第一代基础上作一些精细的修改。然而，最主要的发动机技术依然没有取得突出性进展。民用的大流量比涡扇发动机在亚音速客机上取得巨大的成效，极大地降低了油耗和噪声。但大流量比涡扇发动机的迎风面积太大，其高效率和低噪声是靠降低排气速度、增大排气流量来实现的，这和超音速巡航的要求相冲突，超音速客机难以利用。军用的高推重比低流量比涡扇发动机取得了重大进展，在战斗机的很大一段性能包线内，大大提高了推力，降低了油耗。但是那是针对中空中速格斗机动而优化的设计，超音速能力是偶尔为之，并不是打算用来作持续的超音速巡航的，对于超音速客机来说，收效依然有限。对超音速客机的经济性的大问号继续存在，出于音爆的原因，大陆航线禁止超音速飞行，这进一步加深了经济性问题，第二代超音速客机的研制无疾而终了。

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　　然而，人类的超音速之梦并没有就此挥之而去。超音速客机在人们意想不到的方向异军突起，以前不为人们注意的领域差点接过了超音速客机的接力棒。如前所述，音爆的强度不光和飞机的速度有关，也和飞机的大小有关。尺度较小的超音速飞机的音爆比大型超音速飞机小很多。90 年代初，世界上公务飞行掀起了一个小高潮，以制造高机动性超音速战斗机著称的苏霍伊和格鲁曼合作，首先提出超音速公务机（supersonic business jet，SSBJ）的概念，以后达索和其他公司也跟进，其中 Aerion 的超音速公务机的速度达 M1.6，航程 7,200 公里。但是公务机的事情像时装一样，此一时彼一时，超音速公务机最后还是没有成大事。一波未平，一波又起，波音在图谋对抗空客的巨无霸 A380 客机时，想剑走偏锋，推出“音速巡航者”（Sonic Cruiser），航程 16,000 公里，以 0.95 马赫的速度飞行，在不引起音爆的前提下，最大限度地提高巡航速度，而油耗只比同级高亚音速客机高 15-20%。波音的如意算盘是长途高速的点到点航线，但波音的侧手剑在现实面前一折两段，航空公司和旅客对“音速巡航者”的概念不感兴趣，为不到 10% 的速度提高而巨资更新机队和增加油耗不值。波音只好悄悄地中止了这个计划，代之以循规蹈矩的波音 787。日本从 90 年代开始研制称为 NEXST 的超音速客机，并在 2002 年 7 月在澳大利亚的沙漠中，成功地进行了小比例模型试验。计划载客量 300 人，航程 12,000 公里，要求在 2015 年将新型超音速客机投入运行，但要是按照现在这个进度，恐怕不大可能。

波音“音速巡航者”（Sonic Cruiser）的想象图

波音想得很美，但是脱离实际，所以只有想象图可看了

苏霍伊和湾流（Gulfstream）合作的 S-21 超音速公务机方案

S-21 后来由双发改为三发，气动布局也有所改变

达索的超音速公务机模型，仍然采用达索独特的三发布局

Aerion 的超音速公务机（SBJ）想象图，像一架放大的 F-104

Aerion SBJ 的机内

日本 NEXST 先进超音速客机自由飞模型

NEXST 模型在澳大利亚的试验过程

NASA 的先进超音速客机模型

　　超音速客机的难点仍然在于发动机。涡喷发动机是喷气发动机中最早、最基本的，简单、轻巧，迎风面积小，高速性能好，适宜于高空高速飞行。但是低空低速飞行时，涡喷发动机的喷气速度太高，推进效率低，油耗和噪音大。涡桨发动机的低空、低速推进效率高，但是迎风阻力大，用于超音速飞行是没戏了。涡扇发动机是涡桨和涡喷之间的折中，部分空气通过核心发动机和燃油混合燃烧，膨胀做功，另一部分空气从核心发动机外流过，一方面冷却核心发动机，更重要的是，和核心发动机的炽热喷气混合，降低喷气温度和速度，通过引射增加总的喷气量，以提高推力。空气沿核心发动机外的流路称为外涵道，核心发动机内的流路当然就是内涵道。内外涵道的空气流量之比称流量比或旁通比（bypass raio），也称涵道比。涡扇发动机最适宜于高亚音速飞行，低流量比的涡扇可以用作超音速飞行，流量比从 0 增加到 0.7，可以减低单位油耗（specific fuel consumption，sfc）1%，但是同样推力的空气流量需要增加 50%，这就需要增加进气道的截面积和系统重量。涡扇本身就比涡喷要复杂，重量要大。STAC 早年就计算过，算入典型的起飞、着陆和空中待命的时间，在航程 5,000 公里、M2 巡航时，涡喷和涡扇的最终油耗相当。最理想的情况是研制变循环发动机，在低速时，特性接近涡扇；在超音速时特性接近涡喷。但是变循环发动机说起来容易，做起来很难。涡扇发动机的奥妙之处就在于核心发动机前的那个大大的风扇，在涡喷模式时，如何把这个风扇藏起来是很大的一个难题。在发动机这样严酷的工作环境下，机械折叠叶片什么的太不现实，怎么使气流绕过风扇直接进入核心发动机呢？中置串联风扇（mid tandem fan）是欧洲比较看好的思路。