北京到纽约2小时的极超音速飞行梦将成真?

北京到纽约2小时的极超音速飞行梦将成真?

北京到纽约2小时的极超音速飞行梦成真?

中国的研究人员为超音速飞机提出了新的设计理念,他们说未来有望在短短2个小时内从北京飞到纽约。

毫无疑问,这比现在的14个小时更快,也更方便。对超音速飞行本身的研究并不新鲜,但它通常有更深的含义:即该国有更多的财政投入军事研究,而财政收支平衡也非难事。

那么,速度超过音速五倍的航班是否有商业意义,并能在两小时内运送太平洋两岸的乘客?

快快快!

测量飞机速度是否够快时,所用的标凖是音速或1马赫,大约为1,235km / h767mph)。

§ 亚音速低于声速的任何东西,如现有的客机

§ 超音速1马赫快,达到5马赫(音速的五倍);如协和飞机,它从1976年到2003年在欧洲和美国之间穿行

§ 极超音速 :比5马赫还快;目前只有小型的实验车辆。

极超音速是中国研究的重点。中国科学院的一支研究团队正在研究突破两大挑战:空气动力学和发动机。后者难度更大。

就设计而言,极超音速飞行需要能够使阻力最小化的东西;飞机越快,阻力就成了问题。

它的速度近似为速度平方:如果双倍速度,则会使阻力增加四倍,墨尔本大学教授尼古拉斯·哈钦斯(Nicholas Hutchins)解释说。

中国提出和测试的新设计内容是在通常的机翼上方附加的第二层机翼来减少阻力;它有点类似于双翼飞机。

目前,研发人员只是在风洞中测试了微缩模型。因此这个项目真正起飞还为时过早。

达到5马赫

即使新设计能够减少阻力,仍然存在其他挑战。

例如,耐热性就是其中之一。但这也是声爆不容忽视的问题。

如果一架飞机速度突破音障时,就会产生冲击波,而伴生巨大响声。简而言之,这是一个非常大的爆炸。这么大的冲击波可以打碎玻璃。

当涉及到未来的极超音速飞机的空降时,发动机是更棘手的问题。

一旦飞行器速度达到5马赫,它可以通过所谓的超燃冲压发动机来驱动。即一种进气流速超过音速的航空用冲压发动机。

但这种类型的发动机只能在5马赫以上才起作用,所以它首先需要另一架喷气式飞机的发动机让飞机先启动起来。

专家说,这可能是一个非常强大的传统喷气发动机,但最终需要将两者结合起来。

过去几年来,中国一直在进行一项重大研究,即设计该引擎,昆士兰大学极超音速推进主任迈克·斯玛特(Michael Smart)教授解释说。

这就是真正的突破。

商业可能性

除了技术进步和标志性时刻之外,外界关心的问题当然是极超音速航班是否会有商业市场。

快速浏览下协和式客机的话,你可能会有疑问。这架超音速的英法式喷气机在1969年首次飞行时被誉为航空旅行的未来,但很少被大规模建造,而且最终在2003年被弃用,暂时还没有替代的飞机。

首先,这些航班对于大多数旅客来说太贵了。还记得声爆吗?那意味着协和飞机只能在海洋上飞得比声速快。

这样就只有穿越大西洋的航班才是极超音速,因此损害了其商业可行性。

英国智库:中国军力全球化开始挑战美国

虽然近年来对超音速客机重新产生兴趣,但它仍处于发展阶段。极超音速飞行遇到的挑战会更大。他们更贵,也会造成声爆。

2月份出版的《中国科学:物理学 力学 天文学》研究论文大胆地假设,未来极超音速飞行将比搭乘常规飞机更加方便和高效。

但新加坡航空业网上杂志(Flight Global)的埃利斯·泰勒(Ellis Taylor)说,要在商业上可行的话, 至少需要1520

目前很难看到这个市场,他说,”事实上,历史上机票价格一直在下降而不是上涨,因此极超音速航班难有广泛的客户群。

军事竞赛

据中国媒体报道,这项研究背后的科学家也参与了北京围绕极超音速的军事计划,而极超音速的野心是军事防御。

例如可以想想很快就可以部署很难被拦截的空中监视计划。

或者也许极超音速导弹可能使现有的防御系统失效。

这个舞台上的大玩家是美国,中国,在某种程度上还有俄罗斯。毫不奇怪的是,军事研究向来隐秘,因此很难说谁有优势。

从历史上看,美国一直处于领先地位,但中国正在迅速赶上,斯马特教授说。

因此,商用超高音速喷气式飞机的计划即使处于早期阶段,也毫无疑问展现了中国雄心壮志。

 

改编自BBC

「音爆」不解决 民航难以实现超音速飞行

「音爆」不解决 民航难以实现超音速飞行

自从15年前协和式超音速客机退役后,超音速商业飞行的各种建议一直层出不穷。下面是一些接近付诸实施的计划。

美国航空制造公司,超音速飞机制造商Boom Supersonic, Aerion Supersonic和Spike Aerospace都竞相成为第一个大幅度缩短全球飞行时间的公司,努力尽制造出速度超过音速(1马赫)的喷气客机,也就是超过在海平面音速每小时1225公里。

所有的计划的目标都是争取在2025年前把超音速客机投入定期运行。

在技术上超音速飞行十分复杂。主要挑战在于如何提供旅客能够负担得起的超音速飞行,而且同时还要降低污染,关键是消除协和式超音速客机造成的那种震耳欲聋的音爆。

像霹雳一样巨大的音爆能震裂窗户玻璃,毁坏建筑。

Boom Supersonic的创立者,公司总裁绍尔(Blake Scholl)说,”现在空间的商业创意和创业正在复苏”,该公司正计划制造一个三角翼的客机,这种客机能载55名乘客,速度可以达到2.2马赫,也就是每小时速度达到2335公里。

他说,”协和式飞机十分超前,是巨大的技术成就,但是协和飞机燃料消耗却低效的令人难以置信,因此运行成本十分昂贵。 ”

解决音爆 问题 ?

航空监管机构的态度对于超音速飞行能够复兴起着关键的作用。

今年早些时候,洛克希德马丁公司从美国航天机构国家宇航局赢得了价值2.48亿美元的合同,要制造一种低音爆的飞机作展示。这种名为X-59 QueSST的飞机使用了静音超音速技术,飞行速度将达到1.42马赫,高度达到16764米。美国宇航局说,这种飞机的噪音和关闭轿车门的声音差不多。

消除音爆的一个关键是机身结构的设计。常规的超音速喷气飞机,空气冲击波从机头到达机尾翼的时候增强,形成两次明显的音爆。

如果把飞机经过特殊设计,让冲击波离开飞机的时候不汇合在一起。这就意味着冲击波传到地面的时候仍然是分开的,那样就形成了比较柔软的闷声。

这款飞机应该在2021年底前完成制造,在2022年中期美国宇航局计划让这种飞机在美国不同城市间飞行,收集关于地面人群对超音速飞行如何反应的数据。

2025以后,这些数据将提交给美国联邦民航局(FAA)和国际民航组织(ICAO),让他们制定关于陆地上空超音速飞行的规则。

目前的规则是,民航飞机只能在水面上空进行超音速飞行。

Spike Aerospace的总裁卡奇里那(Vik Kachoria)说,”必须避免让音爆干扰地面生活的人,这样才行”。他们公司设计的S-512商务喷气式飞机能够载客12-18人,飞行速度能够达到1.6马赫。

Spike公司表示,他们的”超音速安静飞行技术”意味着他们制造的飞机能够在陆地上空作超音速飞行,但又不对地面的人构成过多干扰。

Spike公司没有透露他们如何做到这点,但是他们的飞机机身选择了机翼后略角度为55度的设计。

廉价超音速飞行?

如果解决了音爆问题,超音速飞行的成本有多贵?

协和式客机飞行的价格是普通客机头等舱的4倍。但是上述3家公司都说他们努力使超音速旅行的票价不会超过现在的商务舱机票价格。

目前从上海到洛杉矶的客机飞行时间是12小时,这个时间将来会缩短到6小时之内。

绍尔说,”飞越大西洋的往返飞行机票价格不是2万美元,更可能只有5千美元。”

他说”相比经济舱价格,这仍然十分昂贵,但是如果你能付得起靠前机舱的价格,你就能承担得起这种仅用一半时间到达目的地的(超音速)飞行。”

2017年的航空旅客人数达到了40亿,其中12%(4.8亿人)的旅客乘坐商务舱,因此这方面的市场潜力巨大。

Boom目前正在制造一种超音速单座飞机XB-1,这种进行飞行测试的飞机明年将开始飞行。

绍尔坚持说,超音速旅行并不需要许多新技术。

“可以利用现有的为其他种类飞机开发的先进技术,碳纤维构件,涡轮风扇发动机,软件最优化的气动设计。”

协和飞机使用了相对效率比较低的涡轮喷气发动机,而其后设计中的超音速飞机都使用了涡轮风扇发动机,而这种发动机已经被广泛用于商业航空中。

Boom希望其商业超音速飞机能够在2020年代中期投入运营。到目前为止只有两家航空公司签了订单,维珍航空公司已经订购了10架;日本航空公司订购了20架。

各种 超音速飞机

 

  • Aerion Supersonic的AS2商务喷气式飞机—— 载客12人,最高巡航速度4马赫。动力: 3台改装的通用电气航空公司的涡扇发动机。公司承诺在1.2马赫巡航时不会产生音爆。首次商业飞行计划在2026年进行。
  • Boom超音速客机—— 载客55人,航速2马赫。动力: 三台无补燃, 中涵道比,有可变几何截面进口和喷口的涡扇发动机,音爆比协和式安静30倍。首次商业飞行计划在2025年进行。
  • Spike Aerospace S-512超音速喷气飞机—— 载客12-18人,速度6马赫。动力:两台涡扇发动机。首次商业飞行计划在2025年进行。
  • Aerospatiale/BAC协和式飞机—— 载客92-128人,航速04马赫。运行期:1976-2003年。
  • 图波列夫Tu-144飞机—— 载客140人,航速8马赫。运行期:1977-78年。

谁能 捷足先登?

许多人认为Aerion Supersonic公司制造的超音速飞机最早被投入运营的可能性最大。

Aerion已经同洛克希德马丁公司合作,共同研发计划中的AS2超音速商务客机。洛克希德当然有丰富的高速飞机制造的经验,他们制造了诸如F-35, F-22, 和速度达3马赫的SR-71侦察机。

Aerion公司表示,他们已经为他们的超音速飞机选择了一款已有的发动机,他们目前正在同通用电气航空(GE Aviation)合作,今年晚些时候将公布这款飞机发动机。

“这是一款积累了10亿飞行小时的发动机”,Aerion的总裁巴伦支(Brian Barents)说,”这意味着它能在世界任何地方得到维修保养。”

传统的超音速飞行的设计方案都是三角翼设计,但是Aerion说这种设计会引起三角翼末端的”翼展方向气流”,引起气流波动,增加阻力。

该公司说,他们已经选择了薄机翼和水平稳定翼设计,这应该能把阻力减少20%。美国航天局已经在两倍音速的状况中测试了Aerion公司设计的翼型,证明了他们的设计可行。

巴伦支说,”它的速度很快,但是在许多方面仍然是一种常规飞机,诸如在制造技术,材料,系统方面都是如此,这样就消除了飞机的风险,不仅对研发公司如此,对客户也是如此。”

在公众关注气候变化,航空对环境影响的时代, Spike公司的卡奇里那认为,遵守目前和未来的管理规定对于超音速旅行的成败至关重要。他说,”如果你不和那些相关团体沟通,会使整个行业陷入困境。”

转载自BBC