超音速客机要再次冲上云霄了?恐怕没那么容易

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09-29 16:41

关于未来的交通工具,马斯克有一个大胆的计划,就是将 Space X 的大型航天运载火箭 BFR 用于城际运输,打造一个超高速交通运输系统,在一小时内可以到达全球任何一个地方。

可是要用火箭革飞机的的命显然在短期内并不现实,更加实际是改进现有的飞机。据 CNN 报道,英国航空航天制造商 Eeaction Engines 正在研发一款超音速飞机的引擎,有望在 2030 年实现,届时能将伦敦飞悉尼的时间将缩短 80%。

▲ 超音速发动机 SABRE 内部结构示意图

据英国航天局透露,这个项目将和澳大利亚航天局合作,共同研发超音速发动机 SABRE(Synthetic Air-Breathing Rocket Engine),项目负责人 Graham Turnock 表示当这款投入应用,从伦敦飞到悉尼只需 4 个小时,从伦敦到纽约只要 1 小时

这是绝对可以实现的技术,我们已经讨论在 2030 年的运营服务,而且工作进展非常顺利。

据悉在今年 4 月, Eeaction Engines 已经成功测试超音速发动机的预冷器,速度可以达到 3.3 马赫(约 3675 km/h),也就是音速的 3 倍多。通常在超音速的条件下,流经的空气会让发动机达到非常高的温度,因此必须要通过预冷器进行降温。

▲超音速发动机的预冷器.

根据 Eeaction Engines 的测试报告,最新的这套设备能在不到 0.05 秒的时间把空气从超过 1000 ℃ 降到环境温度。

但这距离超音速发动机 SABRE 的目标还有一段距离,SABRE 引擎设计目标是在大气层内达到 5 .4 马赫 (约 6747 km/h)的速度,最终与火箭结合在太空飞行,最高速度达到 25 马赫 (约 30625 km/h)。

目前民航客机的速度一般为 900 公里/小时,波音 747 巡航最快可以达到 0.98 马赫(约 1120 km/h),超音速客机则能以超音速的速度飞行。

其实在半个世纪前,就已经有了投入商业运营的超音速客机,分别是英国、法国联合研制的协和式客机,以及苏联的图-144,均在 1960 年代末出现。

▲德国辛斯海姆汽车与技术博物馆收藏的协和飞机和图-144. 图片来自:维基百科

虽然超音速客机的速度是一般民航客机的几倍,是但在油耗等方面的成本也高得多。理论上超音速客机能在相同的时间运送更多的旅客,但由于飞机突破音速时会产生巨大的冲击波和噪声,很多城市不允许超音速客机在夜间起飞,以及在陆地上空以超音速飞行。

此外像协和式客机这样的超音速客机搭载的油料只能飞行 3 个多小时,如果要进行长途飞行必须中途降落加油,这导致在纽约飞东京这样的国际航线,协和式客机甚至比波音 747 还慢。

这些原因导致超音速客机的优势荡然无存,难以实现盈利,一直没有大规模推广。 协和式客机在 2003 年 11 月 26 日执行最后一次商业飞行后退役,至今再也没有提供商业运营的超音速客机了。

▲ 协和飞机. 图片来自:维基百科

实际上中国也一直研发超高音速飞行器,去年中国科学院力学研究所的崔凯团队,提出了一个超高音速飞行器布局,理论上能达到 7 倍音速的速度,但没有表明这项研究是要用于民航还是军事领域。

▲左为高超音速 I 型飞行器布局. 原理,右为飞机概念图 图片来自:中国科学出版社

英国这次公布超音速引擎的资料里,并没有提到要如何解决成本和噪音等问题,实际上这才是超音速客机商业运营的关键所在。不过据 Eeaction Engines 称最快会在 2020 年年中进行试飞,并在 2030 年开始商业飞行。

据悉 Eeaction Engines 已经获得了超过 1.3 亿美元的投资,到底新一代的超音速客机会不会重蹈前辈们的覆辙呢?只能拭目以待了。

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