影视新闻《高超音速冲壓发动机是航空业未来的至宝》

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摘要:其巡航高度大约为10万英尺,约为协和式(Concorde)超音速客机的两倍。如果行驶速度为10马赫--即达到声波680英里时速的10倍,那么从悉尼到洛杉矶只需大约一个半小时;因而在理论上,未来你将可以在短时间内从美国飞到悉尼环形码头(Circular Quay),一边享受日落余晖,一边品尝美酒。

  连续坐18个小时的飞机足以让所有人感到不适。不过不要期望在短期内会有任何航空技术能够让你免受这种长时间的“老虎凳”折磨。

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  两位知名的“scramjet”技术研究人员表示,这是因为那种能使飞行时间减少三分之二甚至更多的scramjet发动机技术,只有到下一代产品时才能实现。Scramjet指的是超音速燃烧冲压发动机(Supersonic Combustion Ramjet Engines),可以让超音速气流穿过发动机的燃烧室,事实上这种技术可能会先被应用在低地球轨道发射器上。

  美国弗吉尼亚大学夏洛茨维尔分校(University of Virginia in Charlottesville)航空工程师克里斯·戈恩(Chris Goyne)表示,自20世纪50年代以来,Scramjet一直只是一种概念。不过到20世纪60年代时出现了转机,这种发动机开始在实验室进行测试。截至目前,美国宇航局(NASA)仍然保持着scramjet的飞行速度纪录——其X-43a试验飞行器在2004年11月16日达到了9.68马赫的飞行速度。

  “拿来与波音747飞机比较的话,如果你看一下这种高超音速(hypersonic)飞行器的设计,会发现他们并没有把机翼的表面积设计得非常大,”戈恩说,“这是因为以高超音速飞行时,并不需要大面积的机翼;飞机的机身就能够提供足够的升力。”

  如果是乘坐高超音速飞机从洛杉矶飞至悉尼或者从洛杉矶到新加坡,其巡航高度大约为10万英尺,约为协和式(Concorde)超音速客机的两倍。如果行驶速度为10马赫——即达到声波680英里时速的10倍,那么从悉尼到洛杉矶只需大约一个半小时;因而在理论上,未来你将可以在短时间内从美国飞到悉尼环形码头(Circular Quay),一边享受日落余晖,一边品尝美酒。

  戈恩表示,高超音速飞行的绝对速度上限大约是15马赫,不过scramjet技术会在开发过程中,将速度控制在5马赫或者6马赫左右。

  “如果飞行高度过低,空气摩擦就会过大,飞机会变得过热,”戈恩说,“如果过高,就会没有充足的氧气。因而最佳飞行高度是10万英尺左右。”

  戈恩补充指出,从近期来看,该项技术在军事领域的应用将在未来5到10年实现,包括未来的scramjet巡航导弹,他认为美国军方要不了多久就可以将这种导弹投入到战场上使用了。除此之外,该技术将在15年内应用于军用飞机;届时将出现人工驾驶或者无人操控的scramjet军用飞机,从而最大限度地用于情报搜集。

  戈恩表示:“如果用普通喷气式飞机以超音速飞行,在4马赫或者5马赫的时速下,飞行效率会非常低,但如果换成一架采用冲压引擎的飞机以该速度飞行,效率就会高很多。”

  戈恩表示,scramjet的原理主要在于超音速燃烧。与普通飞机引擎不同,scramjet可以直接通过进气口吸气;因此不需要机械式的空气压缩机或者涡轮机。

  “测试高超音速气流时,最大的挑战在于完全模拟高超音速飞行的速度,”戈恩说,“我们使用电来将空气加热到1,800华氏度,一次可以对scramjet测试几小时。”

  戈恩指出,世界上最优秀的计算机模拟器,其精确度仍不足以预测scramjet燃烧室的情况。

  “这是我们在NASA和美国空军的资金支持下,在弗吉尼亚大学持续进行风洞测试的原因之一,”戈恩表示。“我们有一个高速高温的风洞,专门用来模拟飞机在达到5倍音速时的状态。”

  戈恩指出,在全尺寸的情况下,要让飞行器达到4马赫的冲压飞行起始速度,即大约3,000英里每小时,scramjet还需要其他推进系统,从而在一开始为飞机加速。现在可选的选项包括火箭发动机或者涡轮喷气发动机。戈恩指出,NASA的X-43和波音的X-51都是吊在B-52飞机下升空并发射,之后使用固体火箭发动机进行加速。

  戈恩表示,目前最实用的概念是基于以涡轮喷气发动机为基础的组合循环推进系统(TBCC)。如他所说,在这种情况下,飞行器在跑道上先使用涡轮风扇或者涡轮喷气发动机升空,使其加速至进行scramjet飞行必要的起始速度。

  Scramjet这项技术,直到本世纪初在澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)进行的一次试验才证明它的可用性。在这次试验中,该大学的研究人员使用Aerobee探空火箭来爬升到飞行高度,之后在澳洲内陆的武麦拉核试验场上空成功切换到冲压飞行状态。


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来源:银河演员网 发布时间:2014-09-15

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