比黑鸟侦察机更快的客机?美国步子迈得很大,5倍音速跨洋送客

航空知识王亚男 2024-01-29 10:35:45

美国赫尔墨斯公司正在为美国空军打造一种高新技术装备,这个装备说起来也不是什么新概念,就是美国空军心心念念了很多年的高超音速飞机。

一般来讲,高超音速飞机飞得要比声音快得多,才算高超音速。多快呢?一般认为得接近或者超过5倍音速。但长期以来,高超音速飞机在美国大部分都是实验平台,耗资巨大且实验的时间并不长,没有一款飞机是列装和批量生产的。今天,美国准备利用高技术企业,来研发一款实用型的、可重复使用的,并且经济性比较好、可量产的装备。

目前,赫尔墨斯公司已经为美国空军打造了MK 0原型机。这是一个很小的飞机,目前网上有它的照片。

(“夸特马”MK 0的最终目标只有一个字,那就是快)

MK 0的原型机代号叫做“夸特马”,什么叫“夸特马”呢?就是Quarterhorse,是过去在赛马的时候,经常进行1/4英里赛道项目的赛马。换句话说,短距离冲刺速度特别快,也正暗合了这款试验平台的这种试验目的。

MK 0“夸特马”并不用直接飞,它是一个动力版的铁鸟。装上发动机之后,可以在地面上进行滑行实验,主要测试这个遥测技术和动力系统。MK 1将完成首飞,有可能就在2024年;MK 2将在无人驾驶遥控的方式下,实现超音速飞行;到MK 3,将实现比黑鸟更快的速度,也就意味着将会达到两到三倍音速这样一个高速水准。但整个的从MK 0到MK 3这个“夸特马”项目,还只是一个缩比的验证机。

这个项目一旦完成之后,接下来赫尔墨斯公司将为美军打造一款实用型的、放大版的高超音速飞机,代号叫做“黑马”。这款飞机据说还是无人驾驶,但是体量要大很多,可以执行一些侦察以及一些军事运输,甚至可能包括打击任务。

这是美国空军的一个构想,而赫尔墨斯公司的理想更加远大。它希望能够借助美国军方的项目,未来用这个技术打造一款民用客机,实现5倍音速的飞行速度。届时,我们现在所有的商用飞机的航线时间,都可以除以5来计算。那就意味着,10个小时的航程,两个小时就可以完成了。这将是所有商业航空企业的一个不错的理想,但是这个理想能不能实现,还要看赫尔墨斯的进展。

(黑马想象图)

赫尔墨斯公司是一家初创企业,2018年成立,到现在短短5年时间,理想就1个,就是要制造高速飞行器,而美国空军也正当时的把合同授予了这家公司。合同金额并不贵,6000万美元,用6000万美元来完成这个高超音速飞机的试验和试飞任务。要想省钱打造高超音速飞机,那是很难的,所以赫尔墨斯公司一定有些独创的技术路径。

什么路径呢?就是廉价版的发动机。高超音速飞机的核心技术就是发动机,过去的高超音速飞机,要么火箭动力,要么特制的动力系统造价昂贵,测试复杂。赫尔墨斯采用了一个简化版,利用货架产品,来改造成它所需要的发动机。

(MK 0原型机)

它所使用的发动机叫做TBCC,也就是基于涡轮的组合循环发动机,我们通常把它叫做涡轮冲压的组合发动机。你可以这么理解,它的核心其实就是一个涡轮发动机,但是它增加了一个外部的流道,在这款发动机停止工作之后,可以利用外部的流道,把这个整体变成一个冲压工作模式。低速的时候,使用涡喷模式,那么可以把速度从0提升到2-3倍音速。达到3倍音速以后,进入冲压工作模式,这个时候就可以进一步的增速,达到4-5倍音速。

赫尔墨斯公司在“夸特马”项目上,采用的货架产品就是通用电气的J85发动机。这是一款小涡喷,那么在实验过程中,据说效果不错。到了“黑马”阶段,使用的货架产品是F100。但是F100怎么融入到这款新发动机还没说。因为F100是个涡扇发动机,是不是把它的外涵道取消,然后直接增加一个冲压部分,这个赫尔墨斯就没说了。因为这可能涉及到很多技术细节,也可能涉及到它所谓的技术秘密,但原理就是这么个原理。

(J85发动机)

据说,赫尔墨斯到目前为止,已经接收了首台普惠提供的F100发动机。接下来,就将实现这种动力系统的改装、整合工作。发动机一旦能够这样做,那就显然便宜得多了。买J85、F100,都是有定价的,然后公司自己改装。

改装的成本怎么降呢?赫尔墨斯的做法是大量采用增材制造。很多关键部件都是公司自己造,不做供应链的外斜。那这样一来,就避免了很多供应链上复杂的风险点。因为这个外部的部件并不是很多,而公司自己造,能够控制它的质量,同时不断的调整。好在3D打印这种增材制造技术,可以极大的缩短加工周期,你调整起来也非常快,这就是一个省钱的办法。

(F100发动机)

那么话说回来,未来这种技术如果用在商用飞机上,那显然是速度能达到,那么热胀问题过去也解决了,那么噪音问题怎么办?现在人类的超音速飞机,还是在两倍音速的这个水平上徘徊,那么客机未来也是首先要突破两倍音速。但目前首先考虑的是音爆的问题,音爆震耳欲聋,传到地面上,让居民不堪干扰。所以,那就会被投诉,一投诉这飞机就飞不了。

未来高超音速商用飞机,将如何解决音爆问题,这个赫尔墨斯没说。但首先来讲,到了高超音速阶段,音爆问题恐怕反倒简单了。因为高超音速飞机,一定有一个重要的关键要素,就是它必须飞的非常高,在浓密的大气层中进行高超音速飞行,对飞行器是一种可怕的体验,很有可能导致一些重大的问题。所以如果你想飞5倍音速,那么高度一定要拉起来,很有可能高超音速的飞机它的飞行高度会达到3万米,甚至更高的水准。那样的飞机,由于距离地面非常遥远,音爆的控制也就变得相对的容易。

总之,这就是赫尔墨斯的构想。一个初创了5年的公司,就为美军开始打造这样一种高技术平台,这个趋势值得关注。美军现在正在越来越多的利用,以及鼓励国内的一些高技术的初创企业,来加入到高水平的装备研发中去,这个方法对于我们来讲也有借鉴意义。

因为这样一来,就可以利用社会上大量的高技术的资本,以及高技术的资源,来为我们的国防和经济建设服务。所以中国国内,非常需要有一批真正有理想的,面向高技术突破的这种创新企业诞生。

0 阅读:274

航空知识王亚男

简介:《航空知识》主编 中国科协首席科学传播专家