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    波音提出的極超音速飛機有多快?

    時間:2018年07月11日   來源:

    如果波音公司提出的飛行概念得以實現,那么飛行發燒友一直渴望的超高速、超平穩的洲際航行將不再是場夢,今后也不必忍受坐在被塞得滿滿當當的巨型客機里飛行18小時。

    6月26日,波音公司在亞特蘭大舉行的年度美國航空航天學會(American Institute of Aeronautics and Astronautics)上公布了擬建的極超音速載客客機的效果圖。該概念機可用于軍事或商業目的,而且無論在外形上還是在技術上,都與一月公布的極超音速無人監視和偵察概念機非常相似。

    二者都是常規的三角翼和雙尾翼結構,機身呈流線型,前端為鋒利的機鼻。該飛機飛行速度最高達5馬赫(即5倍音速),能夠在2小時內飛越大西洋、3小時內飛越大平洋。(一般的超音速飛機的飛行速度在1-2馬赫之間,所以要多花1-2小時。)

    這架飛機的速度已經很快了,但原計劃的速度要比這個更快?!拔覀冏罱K選定了5馬赫的速度?!辈ㄒ艄靖呒壖夹g員兼極超音速方面的首席科學家凱文·鮑卡特(Kevin Bowcutt)表示,超過5馬赫,即每小時3800英里的速度需要更先進的引擎和材料,而且這樣的升級并不劃算?!耙赃@個速度,一天往返大洋并不成問題,這已經滿足了絕大多數人的需求。所以為什么要越過這些界限而讓問題復雜化呢?這個世界還沒有大到我們要用5馬赫以上的速度飛行?!?

    在造價上,5馬赫的飛機也比6-8馬赫的飛機更便宜,因為前者的結構可以使用現成的鈦金屬,而無需使用像復合陶瓷的材料來控制高速行駛帶來的高溫。波音目前還計劃使用相對簡單的渦輪沖壓組合式噴氣發動機,即噴氣發動機和沖壓發動機組合,而不是超燃沖壓噴氣發動機,后者可滿足更高的速度需求,但還處于初期試驗階段。

    這架飛機的兩個引擎將共享同一個進風口,噴氣發動機將飛機提速至2-3馬赫,然后噴氣發動機處進風口關閉,空氣將被引入沖壓式發動機,因為該發動機可以處理更高速的氣流。著名的SR-71號黑鳥偵察機在上世紀60年代使用了這樣的系統,除此之外還包括許多導彈系統及試驗機。波音公司正在和諾思羅普·格魯曼創新體系(Northrop Grumman Innovation Systems)合作研究引擎技術。

    雖然波音還沒有決定飛機的最終尺寸,但鮑卡特透露,該飛機(現在還沒有名字)的大小將介于商用噴氣式飛機與737之間,預計能搭載20到100名乘客。其將在95000英尺的高空巡航,比協和式超音速噴射客機的巡航高度高30000英尺、比普通飛機的高整整60000英尺。這個高度能夠使發動機效率達到最大,且使得飛機顛簸程度最小,因為高度越高空氣密度越低。

    隨著飛機加速至巡航速度,起飛時的重力感將持續整整12分鐘(一般飛機只持續短短幾秒),但是達到巡航高度后航行將十分平穩,乘客還可以看到地球的圓弧線與漆黑的太空相接的絕美景色?!俺酥?,你還會輕一點,”鮑卡特說道,“在那個高度你會比在地面上輕幾磅?!?

    波音公司預計,盡管原型最快能在5到10年內生產出來,但具備以上性能的飛機——包括現在還在發展的自動駕駛技術——可能需要20到30年才能投入使用。而在取得成功之前還有許多準備工作,這樣的飛機必須要有足夠的證據表明其成本是合理的、安全性和效率都是合格的,才能取得航空公司和軍方的青睞。

    然而這個概念也確實比其他遠程高速運輸的設想更具優勢,尤其是對于下一代超音速飛機的設想。雖然這些飛機實現了超音速行駛,但也只是比商用飛機快了一點點。(聲音在35000英尺的速度是每小時660英里;普通噴氣飛機在相同高度的巡航速度是每小時575英里;目前擬建的最快的超音速飛機在50000英尺的速度是2.2馬赫,即每小時1450英里,其他的速度則只有1-1.2馬赫。)此外,它們的體積更小,這也就意味著它們不能裝載更多的燃料,所以航程跟其他飛機的相比也更短。

    極超音速飛機也被視作對抗其他高速運輸工具的法寶之一,比如亞軌道火箭。SpaceX公司的埃隆·馬斯克和維珍銀河公司(Virgin Galactic)的理查德·布蘭森(Richard Branson)都曾表示他們想要將火箭用于國際飛行,比如在1小時內從紐約飛至悉尼。

    雖然裝載火箭動力的太空船確實令人很興奮,但是鮑卡特認為吸氣式飛機具有更大的潛力,吸氣式飛機能夠直接利用大氣中的氧氣進行燃燒,而不用搭載液態氧。一方面,火箭永遠不如飛機可靠;另一方面,火箭比飛機更可怕也更不舒適?!盎鸺目傮w安全風險要高得多,而乘客的舒適度要低得多?!?

    事實上,火箭再入大氣層是出了名的殘酷體驗,因為飛行器必須采用陡峭的下降角度和鈍化造型,而不是極超音速飛機的流暢尖鼻造型,但只有這樣才能產生足夠的阻力使其減速到著陸。而極超音速飛機在飛行的全程都是如此平穩和快速,甚至在每次飛行的最后500英里可以實現無動力滑翔。雖然旅程要花長一點的時間,但是你不必在太空艙內漂浮,也不會在返回大氣層時嘔吐。


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