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航空百问:什么是高超声速飞机?

日期: 2021-02-25

要了解高超声速飞机,先要理解声速的概念。

当我们将石子丢入水中,会引起水波一圈圈扩散传播。空气也相似,当空气受到扰动,也会形成扰动波的传播,这个扰动波传播的速度即为声速。而马赫数就是指物体速度对声速的倍数。

高超声速指飞行速度在5马赫以上。这个速度相当快,相当于家用轿车最大速度的30倍,高铁速度的12倍,民航飞机速度的6倍,现役超声速战斗机最大速度的2倍。

高超声速飞机飞行高度也很高,一般在20-40千米。我们常见的通用无人机飞行高度约为0.2千米-2千米,小型飞机在3千米以下,民航飞机飞行高度一般在10千米以下。

在近30年,飞机发展的机型形式逐渐减少,整个飞机发展达到了瓶颈。回顾航空百年飞机的发展历史,飞行速度的阶跃总伴随着航空技术群的全面提升,高超声速飞机正是突破瓶颈的一个重要方向。

高超声速飞机的用途

高超声速飞机有很多用途,其可以作为民用客机,大大缩短飞行时间,提高全球交通运行效率,可以说是出门旅游、商务办公的一大福音。真正的在未来将我们的地球变成地球村。

高超声速飞机也可以作为空天运输的第一级飞行器,搭载卫星,将卫星发射到轨道。

高超声速飞机又可以作为战斗机或侦察机,大大提高自身生存力和威慑力。所谓“天下武功、唯快不破”,例如,美国上世纪60年代服役的SR-71飞机,飞行马赫数3.3,对于当年的防空系统而言,就相当于未来的高超声速飞机。它服役17年,飞行3551次从未被击落过。同时,由于飞行速度快,高超声速飞机发射武器的射程和弹头能量也会大大提高。

高超声速飞机的设计难度

要达到这样的飞行速度,需要一颗强有力的心脏,即发动机。目前高超声速飞机发动机需要采用涡轮发动机、冲压发动机和火箭发动机中的两种或两种以上组合使用才可以达到其工作目标,由此带来气动、结构、控制、燃油、能源生成等一系列技术问题,技术难度大大提升。

由于速度大幅提升,导致高超声速飞机要承受极高的表面温度,其可以达到1200摄氏度,足以使铝等金属融化。针对热防护问题,航天部门有比较成熟的技术体系,比如贴隔热瓦,喷涂防热涂层等。但是,高超声速飞机要求可重复使用,这些一次性的手段都难以满足要求。因此高超声速飞机的热防护、热结构、热密封、热管理都是巨大的技术挑战。

高超声速飞机研究现状

高超声速飞机目前还在关键技术研究阶段,但也已经取得了一系列成果。主要有美国洛马公司的SR-72和波音公司的高超声速民机,英国的“云霄塔”,欧盟的LAPCAT等项目。

我国航空工业自然也不会落后,目前在材料、布局、结构及控制等领域也取得了一系列突破,并已经开展了飞行试验研究,相信在不久的将来,我们的高超声速飞机也会翱翔在蓝天。

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