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波音提出的极超音速飞机有多快?

时间:2018年07月11日   来源:

如果波音公司提出的飞行概念得以实现,那么飞行发烧友一直渴望的超高速、超平稳的洲际航行将不再是场梦,今后也不必忍受坐在被塞得满满当当的巨型客机里飞行18小时。

6月26日,波音公司在亚特兰大举行的年度美国航空航天学会(American Institute of Aeronautics and Astronautics)上公布了拟建的极超音速载客客机的效果图。该概念机可用于军事或商业目的,而且无论在外形上还是在技术上,都与一月公布的极超音速无人监视和侦察概念机非常相似。

二者都是常规的三角翼和双尾翼结构,机身呈流线型,前端为锋利的机鼻。该飞机飞行速度最高达5马赫(即5倍音速),能够在2小时内飞越大西洋、3小时内飞越大平洋。(一般的超音速飞机的飞行速度在1-2马赫之间,所以要多花1-2小时。)

这架飞机的速度已经很快了,但原计划的速度要比这个更快。“我们最终选定了5马赫的速度。”波音公司高级技术员兼极超音速方面的首席科学家凯文·鲍卡特(Kevin Bowcutt)表示,超过5马赫,即每小时3800英里的速度需要更先进的引擎和材料,而且这样的升级并不划算。“以这个速度,一天往返大洋并不成问题,这已经满足了绝大多数人的需求。所以为什么要越过这些界限而让问题复杂化呢?这个世界还没有大到我们要用5马赫以上的速度飞行。”

在造价上,5马赫的飞机也比6-8马赫的飞机更便宜,因为前者的结构可以使用现成的钛金属,而无需使用像复合陶瓷的材料来控制高速行驶带来的高温。波音目前还计划使用相对简单的涡轮冲压组合式喷气发动机,即喷气发动机和冲压发动机组合,而不是超燃冲压喷气发动机,后者可满足更高的速度需求,但还处于初期试验阶段。

这架飞机的两个引擎将共享同一个进风口,喷气发动机将飞机提速至2-3马赫,然后喷气发动机处进风口关闭,空气将被引入冲压式发动机,因为该发动机可以处理更高速的气流。著名的SR-71号黑鸟侦察机在上世纪60年代使用了这样的系统,除此之外还包括许多导弹系统及试验机。波音公司正在和诺思罗普·格鲁曼创新体系(Northrop Grumman Innovation Systems)合作研究引擎技术。

虽然波音还没有决定飞机的最终尺寸,但鲍卡特透露,该飞机(现在还没有名字)的大小将介于商用喷气式飞机与737之间,预计能搭载20到100名乘客。其将在95000英尺的高空巡航,比协和式超音速喷射客机的巡航高度高30000英尺、比普通飞机的高整整60000英尺。这个高度能够使发动机效率达到最大,且使得飞机颠簸程度最小,因为高度越高空气密度越低。

随着飞机加速至巡航速度,起飞时的重力感将持续整整12分钟(一般飞机只持续短短几秒),但是达到巡航高度后航行将十分平稳,乘客还可以看到地球的圆弧线与漆黑的太空相接的绝美景色。“除此之外,你还会轻一点,”鲍卡特说道,“在那个高度你会比在地面上轻几磅。”

波音公司预计,尽管原型最快能在5到10年内生产出来,但具备以上性能的飞机——包括现在还在发展的自动驾驶技术——可能需要20到30年才能投入使用。而在取得成功之前还有许多准备工作,这样的飞机必须要有足够的证据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军方的青睐。

然而这个概念也确实比其他远程高速运输的设想更具优势,尤其是对于下一代超音速飞机的设想。虽然这些飞机实现了超音速行驶,但也只是比商用飞机快了一点点。(声音在35000英尺的速度是每小时660英里;普通喷气飞机在相同高度的巡航速度是每小时575英里;目前拟建的最快的超音速飞机在50000英尺的速度是2.2马赫,即每小时1450英里,其他的速度则只有1-1.2马赫。)此外,它们的体积更小,这也就意味着它们不能装载更多的燃料,所以航程跟其他飞机的相比也更短。

极超音速飞机也被视作对抗其他高速运输工具的法宝之一,比如亚轨道火箭。SpaceX公司的埃隆·马斯克和维珍银河公司(Virgin Galactic)的理查德·布兰森(Richard Branson)都曾表示他们想要将火箭用于国际飞行,比如在1小时内从纽约飞至悉尼。

虽然装载火箭动力的太空船确实令人很兴奋,但是鲍卡特认为吸气式飞机具有更大的潜力,吸气式飞机能够直接利用大气中的氧气进行燃烧,而不用搭载液态氧。一方面,火箭永远不如飞机可靠;另一方面,火箭比飞机更可怕也更不舒适。“火箭的总体安全风险要高得多,而乘客的舒适度要低得多。”

事实上,火箭再入大气层是出了名的残酷体验,因为飞行器必须采用陡峭的下降角度和钝化造型,而不是极超音速飞机的流畅尖鼻造型,但只有这样才能产生足够的阻力使其减速到着陆。而极超音速飞机在飞行的全程都是如此平稳和快速,甚至在每次飞行的最后500英里可以实现无动力滑翔。虽然旅程要花长一点的时间,但是你不必在太空舱内漂浮,也不会在返回大气层时呕吐。