中國讓北京到紐約2小時的極超音速飛行夢成真?

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Image caption 中國研發的極超音速飛機比音速快五倍。

中國的研究人員為超音速飛機提出了新的設計理念,他們說未來有望在短短2個小時內從北京飛到紐約。

毫無疑問,這比現在的14個小時更快,也更方便。對超音速飛行本身的研究並不新鮮,但它通常有更深的含義:即該國有更多的財政投入軍事研究,而財政收支平衡也非難事。

那麼,速度超過音速五倍的航班是否有商業意義,並能在兩小時內運送太平洋兩岸的乘客?

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Image caption 這架超音速的英法式噴氣機在1969年首次飛行時被譽為航空旅行的未來。

快快快!

測量飛機速度是否夠快時,所用的標凖是音速或1馬赫,大約為1,235km / h(767mph)。

  • 亞音速 - 低於聲速的任何東西,如現有的客機
  • 超音速 - 比1馬赫快,達到5馬赫(音速的五倍);如協和飛機,它從1976年到2003年在歐洲和美國之間穿行
  • 極超音速 :比5馬赫還快;目前只有小型的實驗車輛。

極超音速是中國研究的重點。中國科學院的一支研究團隊正在研究突破兩大挑戰:空氣動力學和發動機。後者難度更大。

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Image caption 美國宇航局無人駕駛的X-43A超音速試驗機是有記錄以來最快的飛機

就設計而言,極超音速飛行需要能夠使阻力最小化的東西;飛機越快,阻力就成了問題。

"它的速度近似為速度平方:如果雙倍速度,則會使阻力增加四倍,"墨爾本大學教授尼古拉斯·哈欽斯(Nicholas Hutchins)解釋說。

中國提出和測試的新設計內容是在通常的機翼上方附加的第二層機翼來減少阻力;它有點類似於雙翼飛機。

目前,研發人員只是在風洞中測試了微縮模型。因此這個項目真正起飛還為時過早。

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Image caption 2004 X-43A的速度達到9.6馬赫,即2004年試飛時的11,850公里/小時或7,310英里/小時

達到5馬赫

即使新設計能夠減少阻力,仍然存在其他挑戰。

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Image caption 波音公司的X-51 Waverider是一款無人研究超燃衝壓發動機,旨在克服持續超音速飛行中的一些挑戰。

例如,耐熱性就是其中之一。但這也是聲爆不容忽視的問題。

如果一架飛機速度突破音障時,就會產生衝擊波,而伴生巨大響聲。簡而言之,這是一個非常大的爆炸。這麼大的衝擊波可以打碎玻璃。

當涉及到未來的極超音速飛機的空降時,發動機是更棘手的問題。

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Image caption Falcon HTV-2是來自美國防務機構Darpa的測試飛行器,其設計最終以20馬赫的速度飛行,時速超過20,000公里/小時

一旦飛行器速度達到5馬赫,它可以通過所謂的超燃衝壓發動機來驅動。即一種進氣流速超過音速的航空用衝壓發動機。

但這種類型的發動機只能在5馬赫以上才起作用,所以它首先需要另一架噴氣式飛機的發動機讓飛機先啟動起來。

專家說,這可能是一個非常強大的傳統噴氣發動機,但最終需要將兩者結合起來。

"過去幾年來,中國一直在進行一項重大研究,即設計該引擎,"昆士蘭大學極超音速推進主任邁克·斯瑪特(Michael Smart)教授解釋說。

"這就是真正的突破。"

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Image caption 美國公司BOOM希望重新開始研究超音速客機。

商業可能性

除了技術進步和標誌性時刻之外,外界關心的問題當然是極超音速航班是否會有商業市場。

快速瀏覽下協和式客機的話,你可能會有疑問。這架超音速的英法式噴氣機在1969年首次飛行時被譽為航空旅行的未來,但很少被大規模建造,而且最終在2003年被棄用,暫時還沒有替代的飛機。

首先,這些航班對於大多數旅客來說太貴了。還記得聲爆嗎?那意味著協和飛機只能在海洋上飛得比聲速快。

這樣就只有穿越大西洋的航班才是極超音速,因此損害了其商業可行性。

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Image caption Aerion正和 美國航空航天製造廠商 Lockheed Martin和通用電氣GE一起研發超音速客機。

雖然近年來對超音速客機重新產生興趣,但它仍處於發展階段。極超音速飛行遇到的挑戰會更大。他們更貴,也會造成聲爆。

2月份出版的《中國科學:物理學 力學 天文學》研究論文大膽地假設,未來極超音速飛行將比"搭乘常規飛機"更加方便和高效。

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Image caption 美國航空航天公司 Spike Aerospace 也有超音速公務機的計劃;但會有不同的機翼和發動機配置。

但新加坡航空業網上雜誌(Flight Global)的埃利斯·泰勒(Ellis Taylor)說,要在商業上可行的話, "至少需要15至20年"。

"目前很難看到這個市場,"他說,"事實上,歷史上機票價格一直在下降而不是上漲,因此極超音速航班難有廣泛的客戶群。 "

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Image caption 來自反應發動機的A2極超音速飛機:這種設計理念將使歐洲到澳大利亞的旅行縮短至5小時。

軍事競賽

據中國媒體報道,這項研究背後的科學家也參與了北京圍繞極超音速的軍事計劃,而極超音速的野心是軍事防禦。

例如可以想想很快就可以部署很難被攔截的空中監視計劃。

Image caption 極超音速:那麼快,你什麼都看不到,只看得到霧化尾跡?

或者也許極超音速導彈可能使現有的防禦系統失效。

這個舞台上的大玩家是美國,中國,在某種程度上還有俄羅斯。毫不奇怪的是,軍事研究向來隱秘,因此很難說誰有優勢。

"從歷史上看,美國一直處於領先地位,但中國正在迅速趕上,"斯馬特教授說。

因此,商用超高音速噴氣式飛機的計劃即使處於早期階段,也毫無疑問展現了中國雄心壯志。

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