高超音速飞机要来了!时速超8000公里,两小时内能从北京飞到纽约

云端漫步的绘梦师 2024-12-19 14:04:17

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两个小时内,从北京飞到纽约,这样的速度你敢想象吗?高超音速客机可能真的要来了。

上周,中科院公布了高超音速原型机试飞成功的消息。另一家商业航天企业,也发布了高超音速发动机试验成功的讯息。

高音速客机究竟能有多快?那么快的速度真的安全吗?

时速超8000公里的飞行器

在近日的报道中,有媒体称之为高超音速原型客机,也有的称其为高超音速飞行器。

由于未公布具体的画面,外界只能猜测,这还是一种实验性质的飞行器,跟印象中的客机可能不太一样。

有媒体在报道中也提到,它的外形,确实和现有飞机的外形不同,整体的造型是圆胖的,在它的侧面还有斗篷形状的机翼。

此外,该高速飞行器并非近期才试飞成功,而是在3年前就试飞成功了。测试的地点是在酒泉卫星发射中心,全程试飞时间为20分钟。

它的飞行速度超过了8000公里每小时,是音速的6.56倍。按照这一速度飞行,两个小时就能从北京飞到纽约。

这样的速度,让现有的各种飞行器黯然失色。至于为何推迟3年才公布结果,是为了保密以及研究的敏感性。

值得一提的是,作为中科院力学研究所的研究员,崔凯于10月中旬,曾在北京举行过一场公开演讲。

他在演讲中,也提到了高超音速飞行器的发展。虽然没有透露更详细的情况,但通过他的演讲可以证明,相关的研究确实在推动。

上述消息,很快引发了外界热烈的讨论。而就在12月17日,另一家企业也公布了一则重磅消息。

2027年原型机首飞

这家商业航天企业为凌空天行,他们发布消息称,在今天上午,成功试飞了高速冲压发动机。简单来说就是,这是未来高超音速客机的发动机。

发动机的推力为400公斤,其飞行速度达到了4倍音速。也就是说,相比另一款高超音速飞行器,这一款的速度稍低一些,但同样属于超音速飞行。

按照企业公布的消息,他们已经完成了超音速验证机的试飞,飞机的气动、控制、防热等技术都进行了考核。

而且,围绕高超音速飞行器的研究是一个系列,公司为之取名“云行”。这一系列的飞机,其布局是高升阻比乘波体气动布局。

制造材料耐高温,而且轻质化。按照凌空天行的说法,到2027年,他们的超音速原型机就要实现首飞。

从公开的资料看,凌空天行研发生产高超音速飞行器的基地,已经在成都建成。基地的建筑面积在7.2万平方米左右,投资在50亿元左右。到明年春天,整个基地的建筑主体就将完工。

未来,凌空天行的高超音速飞行器,将在该基地进行研制和生产。拥有核心技术的制造中心,同时也配备了领先的自动化、智能化和数字化设备。

看过上述两条试飞成功的信息,可能有的人还是一头雾水。具体的情况,可这样简单总结一下。

两种类型,都是客机

两种高超音速飞行器,速度存在差异。第一个速度达到了6.56马赫,第二个为4马赫。

其次,两者试验的类型不同。第一个从公开信息看,试飞的是高超音速飞行器,也可以称之为原型机。

而第二个,仅仅是发动机本身。原型机要到2027年才能研制出来。

最后一点,便是研究大单位不一样。第一个牵头研制的,或许是中科院力学研究所,具体的参与单位有哪些?并没有公开信息。

第二个则属于凌空天行这家企业研制,同样有哪些单位参与其中也不得而知。另外,前后两个研究的项目,有没有合作或者交流,外界也不知道情况。

综合上述情况可以看到,虽然公布了情况,但相关的信息还是相当有限的。正如有些媒体所猜测的,或许正是由于研究相对敏感,因此详细的情况并未公布。

值得一提的是,崔凯虽然在10月份进行了一场公开演讲,但提及更多的是关于高超音速飞行器的发展里程,正在推动的研究,并没有透露更多。

高超音速旅行

崔凯此前演讲的主体就叫高超音速旅行,演讲的主旨就是围绕速度来谈的。

他提到现在的客机,时速有上限,达不到火箭和宇宙飞船的飞行速度。打破速度的限制,就是高超音速。

崔凯还专门提到,“高超音速”这个词,是钱学森在1946年的时候提出来的。除此之外,他在演讲中,主要科普了关于高速飞行的一些限制是什么。

最后,他还提到了一个发动机的概念,叫超燃冲压发动机。正是因为这种发动机的出现,让我们拥有了突破速度上限的可能。

而凌空天行今天试飞成功的,是高速冲压发动机。一个叫“超燃”,另一个叫“高速”,普通人不清楚两者具体的区别是什么。不过大众可以猜测,这种差异应该正是速度上的。

综合崔凯的演讲可以看出,速度上限,也就是超音速飞行,是未来要突破的重中之重。

除此之外,速度越快,由于空气产生的摩擦阻力增加,不断累积的热量都汇聚到了飞行器身上。材料如何做到耐高温,如何让飞行器内部做到隔热,同样是下一步研究的重点。

研究人员为了尽可能减小阻力,还在不断研究和设计新的飞行器的外形。崔凯透露,他的团队设计出多种高超音速飞行器的外形,未来具体会定型成什么,这都还是未知数。

这背后涉及到了材料问题、结构问题以及最关键的动力问题。说白了,就是飞行器要超音速飞行飞得快,同时飞行器整体还不会因为高温而产生损伤。

除了近期公布的这些信息外,围绕高超音速飞行器,还有哪些情况和研究呢?

12马赫高速飞行

除了我国之外,其他国家对高速飞行同样也在研究。去年有媒体报道,澳大利亚的一家企业,也在研发高超音速飞行器。

据说,该企业研究的飞行器速度,最高可达12马赫。飞行器使用液氢燃料,利用超燃冲压发动机,就能产生强大的推力。

这里面又透露出一个关键的信息,即超燃冲压发动机,确实是高超音速飞行器领域的核心发动机和动力。

有意思的是,澳大利亚这家企业的飞行器,此前已经研制完成,并且完成了地面测试。

去年还报道说,该飞行器要在今年初进行第一次试飞。但今年马上就要过完了,有关12马赫时速的飞行器试飞,并没有相关报道。

也就是说,这家公司要么没有试飞,要么就是相关的研究并不顺利。

可能有人会认为,既然发动机的问题都初步解决了,为什么高超音速飞行器,就不能大面积的问世呢?

速度确实是关键,但另一项关键的问题是高温和耐高温的材料。

超高温陶瓷能成为未来的材料吗

如果飞行器的速度超过5马赫,空气摩擦产生的高温,汇聚到飞行器的表面,将超过1000℃。这样的高温,可不是一般的材料所能承受。

目前,技术上研究和应用的超高温材料为超高温陶瓷。它的特点是耐热、强度高、低密度、耐烧蚀、耐冲击。此前各种热试验中,已经证明了这种材料的可靠性。

优点存在,但该复合材料同样也存在缺点。超音速飞行,飞行器面临的环境相当极端。飞行器整体,一定要具备足够的强度和刚度。

虽然上述材料可以耐高温,但在温度持续上升的情况下,材料本身还是容易出现问题。

因为是复合型材料,在耐热和韧性等方面,兼具了平衡性。可在使用过程中,它本身的界面脱粘,多尺度失效和纤维抗氧化问题,都还需要彻底解决才行。

说白了,材料本身虽然能达到耐高温的特性,但整体的性能并不稳定。所以,未来高超音速飞行器一旦应用开来,究竟是不是这种材料做主要材料,实际上还是未知数。

音爆损伤和干扰问题

过去,各地网友经常说听到不明就里的巨响,有可能就是某种高速飞行器在进行试验。

飞行器的速度一旦超过了音速,除了会产生巨大的热量,还会产生音爆以及音爆震动。

现在的战斗机,在高速飞行的过程中都会产生音爆,未来高超音速飞行器出现的话,音爆的问题恐怕就更严重了。

它不仅仅会产生噪音,在飞行的过程中,音爆震动会损坏飞行器内部的设施。最关键的是,音爆震动还会干扰导航。

如果这些问题不解决,高超音速飞行器就难以真正的应用。就目前的情况来看,下一步高超音速飞行器一旦面世,很多问题可能要一边试飞一边解决。

结语

从中科院到企业,研究正紧锣密鼓在推进。这从侧面说明,我国在高超音速技术领域,处在研究的最前列。

至于未来的飞行器面世,它要先应用于军事领域?还是应用于民用客机领域?现在都还面临着很多未知的情况。

但可以肯定的是,随着技术不断的进步,我们最想实现的,还是这种飞行器能被更多的人乘坐。就是不知道到时候,你敢不敢坐了。

信息来源:

《高超音速载人飞机或将问世》 解放军报 2023年3月31日

《高超音速原型客机试飞成功 3年后始公布》 东网 2024年12月17日

《4倍音速!“筋斗云”高速冲压发动机完成空中试飞》 观察者网 2024年12月17日

《高超音速旅行》 中科院格致论道讲坛 2024年10月19日

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