在商用航空的头五十年里，飞机的设计发生了巨大的变化。然而，在过去的50年里，情况并非如此。尽管材料方面有了重大的发展，但自20世纪60年代以来，商用飞机的基本形状一直相对保持不变。
无论是公务机、区域涡轮螺旋桨飞机还是长途喷气式飞机，大多数飞机的设计元素都是相同的。通常情况下，管状机身连接一对后掠机翼和一个t形尾翼。发动机安装在机翼下或用吊舱后安装在机身上。
这些古老的设计元素有朝一日可能会像覆盖织物的机翼、敞开式驾驶舱和径向发动机那样消失。这是因为航空工程师正在使用新技术，如增材制造和生成设计软件，以超越传统的界限，创造出运行更安静、燃烧更少燃料和减少排放的尖端飞机。
新兴技术，如电力推进系统，也使企业家能够创造全新级别的飞机，在未来扮演新的角色。
“在过去的50年里，我们的大多数飞机经验都参与了大量乘客的大型机场之间的旅行，”斯坦福大学航空航天设计实验室教授Juan Alonso说。“最近的技术革命将使未来的飞机在许多方面对我们的生活更加重要。
阿隆索称:“从安静、高效的全球交通，到让我们从公路上解脱出来的个人或按需飞行，再到自动驾驶的空中交通工具，未来的飞行将与现在有很大的不同。”
美国宇航局高级航空运输技术项目经理吉姆·海德曼补充说:“我们正处于商业航空的转折点。”“我们正在探索和开发改变游戏规则的技术和概念，可以显著提高效率，减少对环境的影响，并加快新飞机的引进。”
“但是，任何设计变化都不会在一夜之间发生，”The Teal Group Corp.，Aerspace和国防市场研究公司分析副总裁Warns Richard Aboulafia。“航空航天是一个尖端的行业，具有很长的交货时间。”
新型推进装置
商用飞机制造商已经采用了许多技术，使今天的喷气客机比以往任何时候都更加节能。
阿布拉菲亚说:“由于喷气发动机效率方面的惊人进步，它们每年的燃油消耗量都能提高1%到2%。”“创新的机身形状不会仅仅因为它们很酷或尖端而被采用。新的推进概念将推动未来保守的飞机制造商接受。”
然而，阿布拉菲亚表示，人们对探索替代推进系统的兴趣越来越大，比如超高旁通涡扇发动机。
阿布拉菲亚解释说:“它们有潜力显著减少燃料燃烧、噪音和排放。”“但是，为了有效工作，这些发动机需要足够的间隙和宽度。这就需要新的机身和机翼设计，以将对飞机性能的影响降到最低。
“因为超高旁路发动机需要大型风扇来驱动空气，所以不可能直接在翅膀下安装，”阿巴拉菲娅指出。“这可能导致需要激进的机身变化，例如梯形翅膀。”
波音公司的工程师们已经开始研究跨音速桁架支撑机翼的设计。他们声称，这将使未来的喷气客机飞得比以前的概念飞机更高更快。
新的机翼配置使飞机在0.8马赫飞行时具有前所未有的空气动力效率。从端到端，折叠翼长170英尺。由于桁架的存在，高翼展成为可能，支撑超薄的20度后掠机翼的延伸长度。
航空航天工程师正在评估的另一种新型推进方式叫做边界层吸入(BLI)。使用BLI时，发动机必须位于飞机尾部，这样通过机身的空气就会成为进入发动机的混合空气的一部分，然后从后部加速流出。
目标是减少天空中的飞机体验的总拖动。总阻力较少，发动机需要较少的推力以推动飞机前进，这意味着它们不必燃烧尽可能多的燃料，这减少了排放量并节省了燃油费用。
“这一切都始于这样一个事实:当飞机在空中飞行时，一层移动较慢的空气开始沿着机身和机翼的表面形成，这层空气被恰当地称为边界层，”NASA的Heidmann说。“这种移动较慢的空气会造成额外的阻力。
“在飞机前部，边界层的厚度是零，但当空气回流到飞机机身和机翼表面时，边界层就会变厚，”海德曼解释说。“当它到达飞机后部时，可能有一英尺深，甚至更深。”
在传统的管和翼飞机中，喷射发动机在翅膀下悬挂，这就是边界层故事的结束。较慢，拖动的气流刚刚继续飞机的后部，以便在那里混合不受干扰的空气。
在这种传统的喷射器配置中，发动机入口暴露于进入发动机的漂亮，干净，均匀的空气流，其中气流减速了一点以遇到第一组风扇叶片。
Heidmann说:“这对发动机设计者来说是理想的，因为当风扇叶片转动时，它们每次转动都经历同样的环境条件——同样的空气压力和速度。”“但是，由于后置发动机位于边界层的路径上，发动机的风扇叶片每次通过扭曲的气流时都要承受额外的压力。
“当飞机的发动机通过将它们定位在飞机的极端后部时，当飞机的引擎放入边界层的路径时，事情会发生变化，”Heidmann声称。“发动机未安装在短塔上的尾部两侧，如今天的一些客机或商务喷射所看到的，但直接在主机身上或后面。
“当发动机处于这个位置时，较慢的边界层空气进入发动机，然后与通过发动机的其余空气一起加速，然后从后部排出，”Heidmann指出。
为了探索BLI技术的潜力，NASA的工程师们对一种名为“双气泡”的新型机身设计进行了风洞测试。它的特点是宽阔平坦的机身提供额外的升力，低掠翼减少阻力和重量，发动机位于机身上方和机翼尾部，以阻止一些噪音到达地面。
电动推进也慢慢地涌现为下一代飞机的干净，安静的力源。以色列初创公司称为Aviation Accore Ltd.正在开发九级乘客的全电气通勤飞机，以竞争传统的涡轮螺旋桨飞机。
爱丽丝的特点是碳纤维机身和v形尾部配备一个推进螺旋桨。在翼尖的一对推进螺旋桨有助于减少阻力和增加冗余。
西门子工程师正在开发飞机的电力推进系统，该系统由980千瓦时的锂离子电池提供动力。超过9000块电池分布在整个飞机上，包括天花板、地板和机翼。
当它在6月的巴黎航空展上首次亮相时，爱丽丝飞机的航程预计可达650海里，比同尺寸的塞斯纳大篷车(Cessna Caravan)大约多出15%。
新设计初具雏形
今天开发的一些创新设计最终最终将被纳入明天的商业飞机。例如，意大利的工程师正在开发一个具有非传统机翼配置的平面;前部连接到机身的下部，后翼连接到垂直双尾。
普朗特飞机的设计载客量比现代航空的主力——空客A320或波音737多出50%。与桁架支撑机翼和其他正在开发中的设计不同，这架意大利飞机的结构在重量和翼展相同的情况下，呈现出所有承重结构中最小的诱导阻力。
另一个引起航空航天工程师兴趣的未来主义设计是混合翼体(BWB)，它与今天的管式和机翼飞机截然不同。将机翼、机身和尾翼混合在一个机翼上可以减少30%的燃料消耗。
DZYNE科技公司的Ascent 1000是一个有趣的概念，它的机翼上没有襟翼。它也没有尾巴，因为这个功能已经融入了机翼。
DZYNE的副总裁马克·佩奇说:“这就产生了一个由相对平坦、可制造的部件制成的平滑、简单的机身。”“新设计使用了与其他客机相同的发动机、电子设备和驾驶舱系统，所以对BWB没有特殊要求。它看起来充满未来感，与众不同，但在机械上比今天的客机更简单。”
城市空中交通(UAM)是航空航天行业最热门的领域之一。它是指小型、易于操作、按需载客或载货的飞机，在拥挤的城市中运行，就像飞行的出租车。目标是缓解拥挤的街道和高速公路上的交通拥堵。
该部门引起了初创公司和传统动力等的注意，如空客，贝尔直升机和波音。Silicon Valley Tech Giants从字母到优步的范围内也争夺了市场的份额。
安柏瑞德航空大学(Embry-Riddle Aeronautical University)航天工程教授、鹰飞研究中心(Eagle Flight Research Center)主任帕特·安德森(Pat Anderson)表示:“uam拥有140个竞争对手，是航空航天工业中增长最快的部分。”“UAMs正在产生许多创新的设计和配置，包括有翼和无翼飞机，以实现垂直起飞和降落。”
目前正在开发的大多数设计都使用碳纤维复合机身来减轻重量，使用多种推进系统，如风扇管道或转子叶片，以及使用全电力或混合电力推进系统来减少噪音。
未来的设想是，城市的天空充满了成千上万的无人机同时起降。但是，这种新型飞机要想在经济上可行，每年的产量需要在5000到10000架之间，这与目前平均约100到500架的典型飞机产量相比是一个很大的飞跃。
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