客机速度,专家称成功率只有1%

客机速度(速度超过5马赫的高超音速客机:想法很疯狂,专家称成功率只有1%)

自从协和式超音速客机退役近20年来,旅客对于超音速旅行的兴趣不减反增。这也让多家航空制造企业开始发力该领域——数架超音速客机正在研发中。航空公司也希望成为超音速旅行的引领者,美联航承诺最早在2029年提供超音速航线。

随着航空客机的进步,我们现在可以畅想一下高超音速旅行,它的速度是5马赫,相当于音速的5倍。这能让一架客机将伦敦飞往纽约的飞行时间缩短至1个半小时。而协和式客机需要大约3个小时,普通客机更是需要6到7个小时才行。

赫墨斯(Hermeus)是一家位于亚特兰大的初创航空企业,他们的目标是研发出高超音速飞机。他们已经在测试一种新型发动机,据说能让飞机的速度达到5马赫,相当于4800公里/时。该发动机是赫墨斯公司现在给美国空军制造的小型无人机高超音速飞机设计的,但是如果将其功率放大,就能为客机提供动力。

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一架客机从设想到变成现实,需要走很长的路。赫墨斯希望在2029年前完成首次空中试飞,但因为它的技术设计几乎是从头开始,整个过程还需要耐心等待。

首先,它比目前的客机,甚至是可以容纳100名乘客的协和式客机都要小得多。赫墨斯的首席执行官皮普利(AJ·Piplica)表示:“为了帮助我们确定飞机的尺寸,我们基本上为一家航空公司建立了一个商业模式。我们专注于商务舱和头等舱旅客,然后考虑一些参数,例如速度和运营成本。最终打算设计一款20座级的飞机”。

这基本上和一架大型公务机尺寸相当,意味着只有一种舱位配置。

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皮普利表示,他们预计以目前的商务舱价格,它将实现盈利。同时也很难估计有多少人愿意比现在快5倍的飞行速度支付较高票价。在推出产品并获得真实的数据之前,无法真正回答这个问题。

新的高超音速客机航程将达到4000海里,这足够飞越纽约到巴黎等大西洋航线,但并不能用来执飞洛杉矶到东京的跨太平洋航线,中间需要技术经停。

由于噪音规定的限制,从纽约到洛杉矶这样的大陆无法使用超音速客机,飞机突破音障时会产生巨大的轰鸣声,协和式客机也执飞的是跨大西洋航线。想要了解5马赫客机的想法有多激进,需要看看飞行记录。

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迄今为止,搭载发动机的飞机飞行速度最快能达到9.6马赫,约合10943公里/时,这一纪录是美国宇航局的X-43A在2004年创造的,这是一架长度在12英尺的无人驾驶飞行器。X-43A的飞行仅持续了几秒钟。

超过5马赫的最长持续飞行纪录由波音X-51保持,这是另一架无人实验飞机。2013年以5.1马赫(约5471公里/时)的速度飞行了超过三分钟。该飞行器在空中从B-52轰炸机上发射,然后由火箭发动机提升速度,这也凸显出此类高速飞行的复杂性。

对于载人飞行器而言,目前最快的速度纪录由X-15把持,它在1967年创下了6.7马赫(约合7274公里/时)的成绩。它也是携带了火箭发动机,主要的目的也是刷新纪录,同样在空中从B-52上发射。此类飞机的实用性很差。

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对于一架能自主起降的飞机而言,也就由喷气式发动机而不是火箭提供动力,载人飞机的速度纪录就跌落至3.3马赫(约合3540公里/时),这个纪录是SR-71“黑鸟”侦察机所创造的。

协和式是仅有的两款商用超音速客机,它的最高速度能达到2.04马赫(约合2172千米/时)。

现在能理解赫墨斯的超高音速客机有多“疯狂”了吧,它能以超过5马赫的速度飞行更长时间,如果成功的话,也将打破所有有人驾驶飞行器的纪录。

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发动机是飞行器设计成功的基石,赫墨斯也将重点放在了发动机研发上面。他们在2020年2月开始对一款新型发动机进行测试,这款发动机基于通用电气制造的战斗机引擎。它将采用两种传统技术的混合体:涡轮喷气发动机,类似于客机使用的技术,还有冲压发动机,一种只能在超音速及其附近环境工作的发动机。

最早这台发动机为Quarterhorse提供动力,这是一款先进的高超音速无人机。赫墨斯公司正在和美国空军合作开发一款价值6000万美元的无人机。有意思的是,在设计更快的喷气发动机时,零件是被移除,而不是增加。在涡喷发动机中,空气从前部进入,被旋转的叶片压缩,然后和燃料混合被点燃。产生的热气从发动机后部喷出,以推动飞机前进。

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当速度超过3马赫时,就不需要压缩空气了。空气在进入发动机时就会压缩自己,只需要放慢速度就行了。对于3马赫至6马赫之间的速度,冲压发动机就派上了用场。它没有可活动的部件,在低于3马赫时无法工作。

赫墨斯高超音速客机在起飞和降落时使用涡轮喷气发动机,然后在高超音速飞行时使用冲压发动机模式。涡喷发动机和冲压发动机本身是成熟的技术,现在是问题是如何将他们完美地结合在一起。

赫墨斯现在还需要解决很多问题,例如使用那种类型的可持续燃料,新的发动机消耗燃料的能力惊人,而且还需要解决极端温度的问题。例如SR-71由钛金属制成,这是能承受极端高温的稀有金属,驾驶舱玻璃由石英制作,在飞行时它的外部温度高达315摄氏度。

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在谈到高超音速客机的商业前景时,皮普利提出了埃隆·马斯克的SpaceX。通常人们会认为进入天空需要花费10亿美元,但SpaceX的猎鹰1号仅花了9000万美元。

蒂尔集团的航空分析师理查德·阿布拉菲亚表示,尽管过去有很多类似项目出现,但确实没有赫墨斯研发的东西。这似乎是不会成功,但如果能在2030年附近研制出在这个神奇的飞行器,而且票价能控制在商务舱范围,那还是有可能成功的——概率在1%左右。

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