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波音提出的極超音速飛機(jī)有多快?

時(shí)間:2018年07月11日   來(lái)源:

如果波音公司提出的飛行概念得以實(shí)現(xiàn),那么飛行發(fā)燒友一直渴望的超高速、超平穩(wěn)的洲際航行將不再是場(chǎng)夢(mèng),今后也不必忍受坐在被塞得滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)木扌涂蜋C(jī)里飛行18小時(shí)。

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

二者都是常規(guī)的三角翼和雙尾翼結(jié)構(gòu),機(jī)身呈流線型,前端為鋒利的機(jī)鼻。該飛機(jī)飛行速度最高達(dá)5馬赫(即5倍音速),能夠在2小時(shí)內(nèi)飛越大西洋、3小時(shí)內(nèi)飛越大平洋。(一般的超音速飛機(jī)的飛行速度在1-2馬赫之間,所以要多花1-2小時(shí)。)

這架飛機(jī)的速度已經(jīng)很快了,但原計(jì)劃的速度要比這個(gè)更快。“我們最終選定了5馬赫的速度。”波音公司高級(jí)技術(shù)員兼極超音速方面的首席科學(xué)家凱文·鮑卡特(Kevin Bowcutt)表示,超過(guò)5馬赫,即每小時(shí)3800英里的速度需要更先進(jìn)的引擎和材料,而且這樣的升級(jí)并不劃算?!耙赃@個(gè)速度,一天往返大洋并不成問(wèn)題,這已經(jīng)滿足了絕大多數(shù)人的需求。所以為什么要越過(guò)這些界限而讓問(wèn)題復(fù)雜化呢?這個(gè)世界還沒(méi)有大到我們要用5馬赫以上的速度飛行?!?

在造價(jià)上,5馬赫的飛機(jī)也比6-8馬赫的飛機(jī)更便宜,因?yàn)榍罢叩慕Y(jié)構(gòu)可以使用現(xiàn)成的鈦金屬,而無(wú)需使用像復(fù)合陶瓷的材料來(lái)控制高速行駛帶來(lái)的高溫。波音目前還計(jì)劃使用相對(duì)簡(jiǎn)單的渦輪沖壓組合式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),即噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合,而不是超燃沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),后者可滿足更高的速度需求,但還處于初期試驗(yàn)階段。

這架飛機(jī)的兩個(gè)引擎將共享同一個(gè)進(jìn)風(fēng)口,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)將飛機(jī)提速至2-3馬赫,然后噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)處進(jìn)風(fēng)口關(guān)閉,空氣將被引入沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī),因?yàn)樵摪l(fā)動(dòng)機(jī)可以處理更高速的氣流。著名的SR-71號(hào)黑鳥偵察機(jī)在上世紀(jì)60年代使用了這樣的系統(tǒng),除此之外還包括許多導(dǎo)彈系統(tǒng)及試驗(yàn)機(jī)。波音公司正在和諾思羅普·格魯曼創(chuàng)新體系(Northrop Grumman Innovation Systems)合作研究引擎技術(shù)。

雖然波音還沒(méi)有決定飛機(jī)的最終尺寸,但鮑卡特透露,該飛機(jī)(現(xiàn)在還沒(méi)有名字)的大小將介于商用噴氣式飛機(jī)與737之間,預(yù)計(jì)能搭載20到100名乘客。其將在95000英尺的高空巡航,比協(xié)和式超音速噴射客機(jī)的巡航高度高30000英尺、比普通飛機(jī)的高整整60000英尺。這個(gè)高度能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)效率達(dá)到最大,且使得飛機(jī)顛簸程度最小,因?yàn)楦叨仍礁呖諝饷芏仍降汀?

隨著飛機(jī)加速至巡航速度,起飛時(shí)的重力感將持續(xù)整整12分鐘(一般飛機(jī)只持續(xù)短短幾秒),但是達(dá)到巡航高度后航行將十分平穩(wěn),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(huì)輕一點(diǎn),”鮑卡特說(shuō)道,“在那個(gè)高度你會(huì)比在地面上輕幾磅?!?

波音公司預(yù)計(jì),盡管原型最快能在5到10年內(nèi)生產(chǎn)出來(lái),但具備以上性能的飛機(jī)——包括現(xiàn)在還在發(fā)展的自動(dòng)駕駛技術(shù)——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(zhǔn)備工作,這樣的飛機(jī)必須要有足夠的證據(jù)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(gè)概念也確實(shí)比其他遠(yuǎn)程高速運(yùn)輸?shù)脑O(shè)想更具優(yōu)勢(shì),尤其是對(duì)于下一代超音速飛機(jī)的設(shè)想。雖然這些飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了超音速行駛,但也只是比商用飛機(jī)快了一點(diǎn)點(diǎn)。(聲音在35000英尺的速度是每小時(shí)660英里;普通噴氣飛機(jī)在相同高度的巡航速度是每小時(shí)575英里;目前擬建的最快的超音速飛機(jī)在50000英尺的速度是2.2馬赫,即每小時(shí)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(jī)的相比也更短。

極超音速飛機(jī)也被視作對(duì)抗其他高速運(yùn)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(guó)際飛行,比如在1小時(shí)內(nèi)從紐約飛至悉尼。

雖然裝載火箭動(dòng)力的太空船確實(shí)令人很興奮,但是鮑卡特認(rèn)為吸氣式飛機(jī)具有更大的潛力,吸氣式飛機(jī)能夠直接利用大氣中的氧氣進(jìn)行燃燒,而不用搭載液態(tài)氧。一方面,火箭永遠(yuǎn)不如飛機(jī)可靠;另一方面,火箭比飛機(jī)更可怕也更不舒適。“火箭的總體安全風(fēng)險(xiǎn)要高得多,而乘客的舒適度要低得多?!?

事實(shí)上,火箭再入大氣層是出了名的殘酷體驗(yàn),因?yàn)轱w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(jī)的流暢尖鼻造型,但只有這樣才能產(chǎn)生足夠的阻力使其減速到著陸。而極超音速飛機(jī)在飛行的全程都是如此平穩(wěn)和快速,甚至在每次飛行的最后500英里可以實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力滑翔。雖然旅程要花長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間,但是你不必在太空艙內(nèi)漂浮,也不會(huì)在返回大氣層時(shí)嘔吐。