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速度超過5馬赫的高超音速客機:想法很瘋狂,專家稱成功率只有1%

自從協和式超音速客機退役近20年來,旅客對於超音速旅行的興趣不減反增。這也讓多家航空製造企業開始發力該領域——數架超音速客機正在研發中。航空公司也希望成為超音速旅行的引領者,美聯航承諾最早在2029年提供超音速航線。

隨著航空客機的進步,我們現在可以暢想一下高超音速旅行,它的速度是5馬赫,相當於音速的5倍。這能讓一架客機將倫敦飛往紐約的飛行時間縮短至1個半小時。而協和式客機需要大約3個小時,普通客機更是需要6到7個小時才行。

赫墨斯(Hermeus)是一家位於亞特蘭大的初創航空企業,他們的目標是研發出高超音速飛機。他們已經在測試一種新型發動機,據說能讓飛機的速度達到5馬赫,相當於4800公里/時。該發動機是赫墨斯公司現在給美國空軍制造的小型無人機高超音速飛機設計的,但是如果將其功率放大,就能為客機提供動力。

一架客機從設想到變成現實,需要走很長的路。赫墨斯希望在2029年前完成首次空中試飛,但因為它的技術設計幾乎是從頭開始,整個過程還需要耐心等待。

首先,它比目前的客機,甚至是可以容納100名乘客的協和式客機都要小得多。赫墨斯的執行長皮普利(AJ·Piplica)表示:“為了幫助我們確定飛機的尺寸,我們基本上為一家航空公司建立了一個商業模式。我們專注於商務艙和頭等艙旅客,然後考慮一些引數,例如速度和運營成本。最終打算設計一款20座級的飛機”。

這基本上和一架大型公務機尺寸相當,意味著只有一種艙位配置。

皮普利表示,他們預計以目前的商務艙價格,它將實現盈利。同時也很難估計有多少人願意比現在快5倍的飛行速度支付較高票價。在推出產品並獲得真實的資料之前,無法真正回答這個問題。

新的高超音速客機航程將達到4000海里,這足夠飛越紐約到巴黎等大西洋航線,但並不能用來執飛洛杉磯到東京的跨太平洋航線,中間需要技術經停。

由於噪音規定的限制,從紐約到洛杉磯這樣的大陸無法使用超音速客機,飛機突破音障時會產生巨大的轟鳴聲,協和式客機也執飛的是跨大西洋航線。想要了解5馬赫客機的想法有多激進,需要看看飛行記錄。

迄今為止,搭載發動機的飛機飛行速度最快能達到9。6馬赫,約合

10943公里/時,這一紀錄是美國宇航局的X-43A在2004年創造的,這是一架長度在12英尺的無人駕駛飛行器。X-43A的飛行僅持續了幾秒鐘。

超過5馬赫的最長持續飛行紀錄由波音X-51保持,這是另一架無人實驗飛機。2013年以5。1馬赫(約5471公里/時)的速度飛行了超過三分鐘。該飛行器在空中從B-52轟炸機上發射,然後由火箭發動機提升速度,這也凸顯出此類高速飛行的複雜性。

對於載人飛行器而言,目前最快的速度紀錄由X-15把持,它在1967年創下了6。7馬赫(約合7274公里/時)的成績。它也是攜帶了火箭發動機,主要的目的也是重新整理紀錄,同樣在空中從B-52上發射。此類飛機的實用性很差。

對於一架能自主起降的飛機而言,也就由噴氣式發動機而不是火箭提供動力,載人飛機的速度紀錄就跌落至3。3馬赫(約合3540公里/時),這個紀錄是SR-71“黑鳥”偵察機所創造的。

協和式是僅有的兩款商用超音速客機,它的最高速度能達到2。04馬赫(約合2172千米/時)。

現在能理解赫墨斯的超高音速客機有多“瘋狂”了吧,它能以超過5馬赫的速度飛行更長時間,如果成功的話,也將打破所有有人駕駛飛行器的紀錄。

發動機是飛行器設計成功的基石,赫墨斯也將重點放在了發動機研發上面。他們在2020年2月開始對一款新型發動機進行測試,這款發動機基於通用電氣製造的戰鬥機引擎。它將採用兩種傳統技術的混合體:渦輪噴氣發動機,類似於客機使用的技術,還有衝壓發動機,一種只能在超音速及其附近環境工作的發動機。

最早這臺發動機為

Quarterhorse提供動力,這是一款先進的高超音速無人機。

赫墨斯公司正在和美國空軍合作開發一款價值6000萬美元的無人機。有意思的是,在設計更快的噴氣發動機時,零件是被移除,而不是增加。在渦噴發動機中,空氣從前部進入,被旋轉的葉片壓縮,然後和燃料混合被點燃。產生的熱氣從發動機後部噴出,以推動飛機前進。

當速度超過3馬赫時,就不需要壓縮空氣了。空氣在進入發動機時就會壓縮自己,只需要放慢速度就行了。對於3馬赫至6馬赫之間的速度,衝壓發動機就派上了用場。它沒有可活動的部件,在低於3馬赫時無法工作。

赫墨斯高超音速客機在起飛和降落時使用渦輪噴氣發動機,然後在高超音速飛行時使用衝壓發動機模式。渦噴發動機和衝壓發動機本身是成熟的技術,現在是問題是如何將他們完美地結合在一起。

赫墨斯現在還需要解決很多問題,例如使用那種型別的可持續燃料,新的發動機消耗燃料的能力驚人,而且還需要解決極端溫度的問題。例如SR-71由鈦金屬製成,這是能承受極端高溫的稀有金屬,駕駛艙玻璃由石英制作,在飛行時它的外部溫度高達315攝氏度。

在談到高超音速客機的商業前景時,皮普利提出了埃隆·馬斯克的SpaceX。通常人們會認為進入天空需要花費10億美元,但SpaceX的獵鷹1號僅花了9000萬美元。

蒂爾集團的航空分析師理查德·阿布拉菲亞表示,儘管過去有很多類似專案出現,但確實沒有

赫墨斯研發的東西。這似乎是不會成功,但如果能在2030年附近研製出在這個神奇的飛行器,而且票價能控制在商務艙範圍,那還是有可能成功的——機率在1%左右。

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