超音速喷气客机降低音爆 伦敦飞悉尼仅4小时

  美国将研发X超音速飞机,可消除“音爆”

2015年11月26日中午,成都的天空传来三声巨响,几乎全市的人都听到了。随之传来了各种猜测,不过并没有地面爆炸的迹象。最大的可能,看来还是音爆了。但音爆是个啥?

北京时间6月27日消息,在7月举行的英国法伦堡航空展上,美国飞机制造商将揭开协和式飞机继任者的神秘面纱。这个超音速喷气机原型名为“X-54”,由波音公司、洛克希德-马丁公司、湾流公司在美国宇航局的帮助下研制,从伦敦飞往悉尼只需短短4个小时。

  听说了吗,美国航天局要开发一款新型超音速客机,将重点解决“音爆”问题。

1947年10月14日上午,美国西部鸟不拉屎的莫哈维沙漠。这是晴朗的一天,除了风吹过裸露的山丘外,只有几条响尾蛇懒懒的在沙地上画着S。突然,一声巨响,真正的晴天霹雳,大地为之颤抖;然后不知道从哪儿冒出来一群奇怪的人,他们欢呼雀跃,把帽子扔上了天。不久之后,一架有着炮弹般外形的橙色小飞机翩然降落在一座荒漠中的机场,从驾驶舱里钻出来一位英俊的小伙子,此人名叫耶格尔(C.
Yeager),因为这一声巨响永留史册——他是第一个把声音抛在身后的人,刚刚驾驶贝尔X-1型飞机超过了音速。

3家公司希望将X-54打造成世界上第一架超音速喷气式商务客机。湾流公司的一位工程师上周表示,所有3家公司都相信他们能够将X-54飞行时产生的音爆降到很小的程度。他说:“这3家大型飞机制造商证实了业内的传闻,新一代超音速喷气式客机已经触手可及。”

  所谓音爆,就是当物体的运行速度超过音速之后,物体对空气的压缩因为无法迅速传播,会在迎风面积累形成激波面,激波面上的声学能量高度集中,反映到人的耳朵里,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。

图片 1查尔斯·E·耶格尔,第一个超过音速的人。图片来源:wired.com

据《星期日泰晤士报》报道,X-54采用合成材料制造,发动机更为先进同时机身更小,速度可达到协和式飞机的两倍,后者的速度为每小时1358英里。X-54的速度超过每小时2485英里,从伦敦飞往悉尼只需短短4个小时。伦敦与悉尼之间的距离大约为12000英里。

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图片 3飞行中的X-1(原编号XS-1)。下面的图纸是第一次超音速飞行的数据记录纸带。图片来源:nasa.gov

目前,速度最快的超音速喷气式商务机湾流G650能够以每小时646英里的速度飞行7000英里,最大速度不过每小时704英里。据《航空与空间技术周刊》报道,X-54的外形在设计上能够降低音爆。X-54原型以及其他超音速飞机原型将亮相法伦堡航空展。

  一架低空超音速飞行的飞机产生的音爆足以震碎门窗玻璃,甚至损坏不坚固的建筑物。因为音爆能量巨大,2003年,由法英联合研制的第一代超音速客机“协和式飞机”停飞,自此空中不再有超音速客机的身影。

那这声巨响从何而来?让我们把视线从天空转向水面。

2011年1月,宇航局公布了一架试验机在风洞内接受测试的图像。测试结果显示,借助于超薄机翼和隐藏型发动机,超音速飞机的音爆能够降至最低程度。美国德克萨斯州对冲基金交易商罗伯特-巴斯投资1000万美元,在宇航局的帮助下研制Aerion
SBJ超音速喷气机。不过,交货日期仍是一个未知数。

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把一粒石子投入水中,水面便会出现一圈圈涟漪,这是石子扰动水面形成的波。再看看航行的船,船头激起了倒V字型的楔形波纹。在空气中运动的物体与水上行船相似,只不过二维的水面变成了三维的空间,任何在空气中运动的物体都会扰动空气形成波。

X-54共有12个座位,造价估计在8000万美元左右,目标市场是欧洲和中东,所打出的广告语为“一个工作日内往返美国”。研制X-54不仅面临技术上的挑战,同时还要向政要们证明超音速喷气机能够被公众接受。协和式飞机产生的音爆让它的发展机会化为乌有,同时也是它被迫退出历史舞台的一个重要原因。2003年11月,协和式飞机进行最后一次飞行。

  这次美国航天局准备开发的超音速飞机,名为“X-飞机”,拟采用与“协和式飞机”相似的长尖机头和后掠机翼,长28.65米,翼展接近9米,装满燃料时的起飞重量不到1.5万千克,由通用电气公司的F414涡轮风扇发动机驱动,预计可在1.67万米高空以每小时超过1500公里的速度巡航,最高速度可达1.5倍音速,约合每小时1686公里。

这看起来没什么,但当物体运动的速度越来越快时,问题就出现了。空气中波的运动速度是有限的,也就是音速,当物体的速度达到音速时,它激起的那些波就被物体本身赶上了,堆积起来。换句话说,就是空气分子来不及逃开,被挤压在了一起。

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喜欢玩儿水的朋友肯定对这种场景有所体会,水是温柔无形的,不过你如果想玩一下十米跳台,那可要小心,如果玩的不甚熟练,不小心肚皮接触了水面,温柔的水同样可以把你“揍”的七晕八素,肚皮青紫。如果玩儿的更惊险,来个悬崖跳水,如果姿势不当,那跟跳楼没什么区别。如果你没有类似的体验,可以找个风和日丽的周末,或者碰巧赶上商场大减价的时候,去下西单。远远的你看到有个美女或帅哥,你想快点儿追上她/他,于是你加快了脚步,很快你就发现人流成了你的阻碍,行人躲开的速度实在有限,你心急如焚,甩开膀子疾走。快到一定程度,你就发现自己再也无力提速了,因为人流变成了人墙。

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