超声速飞机是指飞机速度能超过音速的飞机。1947年10月14日，美国空军上尉查尔斯·耶格驾驶X-1在12800米的高空飞行速度达到1278公里/小时，M=1.1015，人类首次突破了音障。超声速飞机根据用途大致分为超声速战斗机、超声速轰炸机、超声速运输机、超声速客机、超声速侦察机、超声速教练机。

  民用超声速客机的代表是英法联合研制的协和超声速飞机以及前苏联的图-144。尽管协和超声速飞机和图-144飞机均已退出历史舞台（协和号共生产20架，服役27年，2003年退出市场；图-144共制造17架，完成102次客货运飞行，1984年停止运行），但是人类对于超声速飞机的追求并未止步，而且越来越有重投商业运营的迹象，如2021年6月，美联航与超声速客机制造商Boom Supersonic联合宣布，美联航将订购15架Boom研发的“序曲”超声速客机。

  专利文献是将世界各国的发明创造按专业类别和时间顺序的统一标准管理的技术文件，其记载着技术实现的关键信息，包含着技术/产品的结构、材料、试验、工艺、应用等信息，是分析、研究技术历史、现状、发展的新趋势的第一手资料，有着重要价值。据统计，有90%～95%的最新技术资料首先反映在专利文献上，查阅专利文献可以缩短科研时间约60%，节省40%的研究和开发费用。

  本文试从专利文献入手分析自协和号、图-144诞生以来，超声速飞机发展形态趋势，从专利分析的独特视角分析其技术发展重点和未来发展趋势，特别是协和号超声速客机退役后20年来，超声速飞机的发展特点。本文研究对象主要是民用超声速飞机领域，包括超声速客机（含公务机）、超声速运输机等，对于战斗机等军事用途的超声速飞机、火箭、导弹等技术不是本文研究的重点，由于专利信息的独特属性，并不是所有专利都会透露其应用领域，所以本文仍可能涵盖可能用于军事用途的专利信息。

  本文数据来源于各国专利局，包括中国、美国、欧洲专利局（EPO）及欧洲相关国家、世界知识产权组织（WIPO）等，在检索过程中检索关键词包括飞机、超声速等并排除了与战斗机（如隐身）、武器相关（如导弹、火箭等）的关键词，使得检索结果围绕超声速客机（含公务机）及超声速运输机等有人驾驶的民用领域。共检索出1945年以来相关专利3616件，合并同族之后为2279项。

  全球有关超声速飞机专利申请时间趋势如图1所示。从图1中能够准确的看出，有关超声速飞机最早专利出现在1945年，英国POWER JETS RES & DEV LTD公司申请了世界第一件有关超声速的专利，一篇名为《高速飞行用（发动机）进气口或与之相关的改进（Improvements in or relating to air intakes for high speed flight）》的专利，该专利涉及一种具有在超音速条件下操作所需的入口的气态流体流动扩散器系统，例如飞行器燃气涡轮设备的空气入口，设置在入口的下游，具有与外部大气连通的开口，并允许不需要的流体逸出，以满足系统的需求。

  根据专利公开数量的变化趋势，大致可将超声速民机专利发展划分为三个阶段：第一个阶段是1945年至协和号、图-144研制成功的1969年左右，此阶段能够说是欧美竞赛的初级阶段，1969年达到阶段高峰；第二个阶段是1970年左右至协和号退役的2003年左右，可以可以称为美欧竞赛的中级阶段，1997年达到阶段高点，第三个阶段是2003年至今，正在进行的快速地发展期，可以可以称为后“协和”时代。

  （注：图中，自2020年专利数量有明显下降趋势，是由于专利申请到公开有大约数月不等的时间差所致，看起来呈断崖式下跌，其实不然。）

  从1945-1970年最近一段时间，共公开了482件有关超声速相关的专利，英国、法国共有222件，美国有117件，前苏联有16件。欧洲（英国、法国）、前苏联拿出了产品，分别是协和号和图-144，图-144于1968年12月试飞成功，协和号1969年3月试飞成功，美国则制定了计划和方案，美国NASA在1962年启动了“超声速航空运输”（Supersonic Commercial Air Transport，SCAT）计划（前苏联启动超声速飞机计划为1963年），1963年正式成立“国家超声速客机计划”（National Supersonic Transport，NST）。从专利申请上，1945-1970年最近一段时间，有关超声速飞机的专利大多分布在在英国、法国、前苏联、美国、加拿大和德国。参与的英国企业主要有罗·罗、英国飞机公司（BRITISH AIRCRAFT）以及WESTWARD AIRCRAFT公司，法国企业和机构主要有斯奈克马、法宇航（ONERA）、戴姆勒宇航等，美国主要有波音、洛克希德、联合飞行器公司（UTC前身）、麦道（后被波音并购）等企业，以及NASA、空军（US AirForce）及陆军（US Army）的研究机构等，美国虽然没有率先拿出产品（不完全是技术原因，也考虑了市场需求因素），但是研究机构众多，专利申请量也相当可观。

  上述公司有关超声速飞机的创新在专利布局保护上，除本国之外，还在他国申请，如罗·罗公司除在英国之外还在美国（US）、法国（FR）、德国（DE）、加拿大（CA）等国进行了专利保护，共有53件专利，除罗·罗公司之外，联合飞行器公司在他国布局的专利仅次于罗·罗公司，为50件。在加拿大和德国进行专利布局的企业绝大多数都是罗·罗、联合飞行器公司等公司。前苏联的图-144试飞时间比“协和”号早4个月，在专利申请上也较为注重对创新成果的保护，仅在1969年就申请了7项专利，数量上向欧美等国看齐，似乎也明白申请专利的重要性，欲与欧美比高低。

  从“协和”号和图-144试飞成功到投入运营，到发生意外事故，最后在2003年停止运营（“协和”号于2003年10月停止运营，而图-144实际运营仅1年半时间），退出历史舞台，共经历20余年，在最近一段时间，并没有新的超声速民用飞机产生，但是其技术发展却暗流涌动，欧美等国家对超声速飞机的研发并未停下脚步。

  自1971年至2003年，在超声速领域共产生709项发明创造，在不同国家共分布1344件专利（专利中的项和件，因为同一个发明创造可以在不同国家进行申请专利，对应不同的专利申请号，这些专利可以称为同族专利，故1项专利可以对应若干件专利，导致数量上的差异），主要分布在美国（US）、德国（DE）、日本（JP）、俄罗斯（RU，含前苏联SU）、欧洲专利局（EP）、法国（FR）、英国（GB）等国家，详见图2。

  在上世纪70年代，美国NASA花费超过900万美元投入到超声速飞机的研究，并以“先进超声速客机”（Advanced Supersonic Transport，AST）命名，其中过半资金投入到了波音、麦道和洛克希德公司。上世纪90年代初，美国NASA启动了“高速民用运输机”计划（High Speed Civil Transport，HSCT），以改进超声速客机设计为目标，联合了波音和麦道，投资超过10亿美元。从专利表现上，1971-2003年，在美国共申请专利318件（美国企业和机构在全世界共申请专利338件），主要研制厂商美国本土企业有波音（49件）、通用电气（22件）、洛克希德·马丁（11件）、雷神（13件），除此之外还有超声速宇航国际公司（Supersonic Aerospace International，13件）、诺斯罗普·格罗门公司（Northrop Grumman，14件）、麦道公司（8件），研究机构主要是NASA（25件）（见表1所示），和来自美国军方科研机构，主要有美国海军和美国空军。

  1994年4月，法国宇航、英国宇航及德国戴姆勒克莱斯勒宇航成立了“欧洲超声速研究计划”（European Supersonic Research Program ，ESRP），研发第二代的协和飞机，并计划于2010年投入服务，飞机被称为“未来超声速客机”。同时，斯奈克玛公司、罗·罗、MTU航空发动机公司及菲亚特集团于1991年开始合作共同为新一代超声速客机开发配套的发动机。从专利角度看，欧洲有关超声速飞机的研制主体主要有赛峰（70件，包括斯奈克玛）、空客（36件）、罗·罗（31件），除此之外，还有法国航空航天研究院（ONERA）、MBB（MESSERSCHMITT BOELKOW BLOHM）、MTU等等。

  对于前苏联（含如今的俄罗斯）而言，在图-144之后在退出客运后，货物运输服务没有终止，苏联在上世纪80年代的经济急剧下滑导致图-144彻底退役，该机的研究飞行也在1986年全部终止。为了挽救图-144的生命，图波列夫设计局提出将一架飞机改装为飞行实验室，但最终没获得国家的支持。在其本土进行专利布局的主要是本国企业，国外企业主要是空客（6件）、波音（3件）和赛峰（2件）而且数量较少。

  对于日本而言，战后日本在美国的支持下，经济得到迅速恢复和发展，在第一代超声速飞机竞争过程中，日本参与的较少，但是在上世纪70年代后，日本相关企业热情参加超声速飞机的研究，特别是在1990年代初，日本政府就把开发第二代超声速客机设定为重要的技术战略之一。其代表本土企业就有石川岛播磨重工（ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY）和三菱重工（MITSUBISHI HEAVY），从专利申请而言，石川岛播磨重工在其本国共申请32件专利，三菱重工共申请25件专利，日本本土企业和机构申请的相关专利数量占比近80%。

  从2003年至今，也就是协和号退役之后，世界再无超声速航班，协和号成为前无古人的绝唱，但是在超声速飞机的研究方面，并不是后无来者，随技术的发展，以及人们对速度的追求，超声速飞机似乎指日可待。

  进入新世纪后，波音、图波列夫、湾流等传统飞机制造商，GE、罗·罗、赛峰等传统发动机研制公司仍在开展超声速飞机及发动机的研究。除传统飞机制造商以外，超声速飞机“新势力”也不可以小看，2000年在美国成立的Supersonic Aerospace公司联合洛克希德马丁公司“臭鼬”工厂推出了静音超声速飞机计划（Quiet supersonic transport，QSST）；2003年大名鼎鼎的Aerion Supersonic公司成立，2005年，法国和日本在巴黎航空博览会上正式签署合作协议，将“次世代超声速客机”（NEXST，National Experimental Airplane for Next Generation Supersonic Transport）项目扩展至两国合作，由两国的合资公司共同研制；欧洲宇航防务集团（EADS）于2011年的巴黎航空展中，宣布推出“零排放超声速客机”（Zero Emission Hypersonic Transportation，ZEHST）的概念机；2014年成立的美国Boom Supersonic公司研发名为Overture的超声速客机；NASA研制，洛克希德马丁生产的X-59静音（QueSST）超声速飞机音正在进行紧张的测试。从这一些信息能够准确的看出，进入新世纪后，人们对飞机速度的追求有增无减，已超出人们对普通交通工具的关注，超声速飞机似乎很快就会“卷土重来”。

  2004至今，超声速飞机有关的专利共1784件，相对于1970-2003期间增长了32.7%，关于超声速飞机申请的专利地域分布见图3，从中能够准确的看出，在最近一段时间，有关超声速飞机分布最多的国家是中国，其次是美国、俄罗斯、欧洲专利局、日本等国家或地区。图4为2004年至今包括中国/不包括中国超声速专利申请时间趋势图，图5为中国、美国等超声速飞机专利主要分布国家2004年至今专利申请时间趋势图，表2为对应的数据，从中能够准确的看出，2004年至今，有关超声速飞机专利申请增量主要在中国，除中国外，在美国、俄罗斯、欧专局等国家/地区，专利申请趋势波动较小（如图5及表2），反应出在最近一段时间我国对于超声速飞机的研究突飞猛进，有大量创新成果。

  就研究主体而言，国外主要有波音、罗·罗、GE、湾流、赛峰、雷神、Aerion、空客、洛克希德·马丁、NASA、BOOM等等，其中波音公司以76件专利排名第一，罗·罗、GE和湾流分别为75件、74件和69件。国内主要有南航、北航、中国空气动力研究与发展中心、国防科大、西工大、航天空气动力技术研究院、哈工大、厦门大学、航空工业所属单位等（见表4）。明显的特征就是国外主要是企业在开展研究，而国内是以高校为主，企业相对较少，从而能够推测国外进行实证研究居多，国内理论研究居多，另外，国外企业注重对于技术的全球保护（见表3），而国内研制主体鲜有国际专利布局。

  从以上分析能够准确的看出，2004年以来在中国申请的专利大幅度的增加有两方面原因，一是因为来自南航、北航等高校和中科院等科研机构以及航空工业集团所属部分单位等工业部门，在最近一段时间加大了该方面的研究（专利占比约50%）；二是在中国申请的国外研究机构，如波音、通用电气、湾流等加大了在中国的专利布局，其余国际企业并未在中国开展专利布局。

  超声速飞机发展至今，不同阶段主要涉及的专利技术见表5，其对应的技术含义见表6。

  从表中能够准确的看出，超声速飞机发展的三个阶段，主要技术均在飞机机体结构相关（B64C），其次是飞机发动机（如喷气推进装置F02K、燃气轮机装置；喷气推进装置的空气进气道；空气助燃的喷气推进装置燃料供给的控制F02C）相关，近年来还扩展到测试技术和数字、数据处理技术等。

  下面分析超声速发展第三阶段的技术发展的新趋势，也就是自2004至今超声速技术发展的新趋势，如图6所示，从能够准确的看出，涉及到飞机机体结构和航空发动机相关的专利除2008、2009年可能受到金融危机影响之外呈逐年增长的态势，而且自2020年以来的新冠疫情对于超声速飞机的影响似乎可忽略，大部分技术没有显而易见地下降趋势，相反在部分技术领域如数据处理（G06F）还创出新高。

  对于罗·罗、波音、洛克希德·马丁这样超声速飞机传统研究主体其技术分布如图7所示，从图中能够准确的看出，波音公司在飞机机体结构（B64C）方面独占鳌头，洛克希德·马丁和空客相对较少，在超声速发动机方面，同样是发动机巨头，GE、罗·罗和雷神（含UTC）技术方向差异明显，罗·罗公司在航空发动机喷气推进装置（F02K）和燃气轮机装置、喷气推进装置的空气进气道（F02C）方面布局有数量相近的专利，而雷神、GE包括赛峰的主要公关方向在航空发动机喷气推进装置（F02K）技术方向。

  对于Aerion、Boom、Supersonic这样的超声速飞机新势力技术分布主要在飞机机体结构（B64C），对于发动机、飞机控制等技术领域涉猎极少，但是作为超声速新势力，在专利保护布局上呈现独特的特点。上述三家公司重视对技术的全方位保护，在一个技术的改进革新上积极进行布局保护，如Boom公司去同族之后仅1个专利族，但是其围绕创新点，扩展出6个专利，类似的情况除上述三家“新势力”公司之外，相对于波音等传统企业也不例外，见表7和图9，而且，除对于同一技术的扩展保护之外，还谋求对其他国家或地区的保护，如Aerion公司除在美国本土进行布局保护之外，还在巴西（BR）、加拿大（CA）、中国（CN）、日本（JP）、西班牙（ES）、世界知识产权组织（WIPO）、欧洲专利局（EP）等国家/地区进行保护。

  对于中国而言，其技术主要分布见图9，可见中国市场，有关超声速的专利大多分布在在飞机（B64C）以及超声速有关技术的测试技术（G06F）及数据处理（G01M）等（IPC分类号对应的技术含义见表6），结合图5等，能够准确的看出，2004年以来，超声速飞机有关技术的增长，主要动力在中国境内研究主体，而且主要在高校。

  1、超声速飞机专利布局经历了以欧洲为主到欧美并跑，再到美国为主，直到目前中国专利数量（本土和国外各占一半）逐渐领先的态势，可以预测，未来至少5年之内，中国本土研究机构的专利申请数量会遥遥领先，会达到甚至会超越美国企业和研究机构，成为数量上领先者。

  2、在超声速研制主体方面，中国的研究主体以高校等科研机构为主，而欧美研究主体以企业为主。

  3、在布局保护的地域范围方面，中国研究主体与俄罗斯研究主体有共同的之处，布局范围在其本国，而申欧美企业主动积极开展技术的海外专利保护。

  4、在利用国际专利组织进行布局保护方面，波音、通用电气等美国公司善于利用专利规则，如利用欧洲专利局（EPO，1977年成立）和世界知识产权组织（WIPO，1967年成立）开展在欧洲和全球的专利保护。

  5、中国境内的高校等科研机构创新活跃，申请踊跃，但是其成果转化为实际生产力在大多数情况下要较长的时间。