悉尼到伦敦一小时?高超音速航空旅行的未来 2016-11-07 02:12:02

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上周晚些时候,美国国防高级研究计划局(DARPA)发射了一种名为HTV-2的飞行器的第二次飞行,旨在以20马赫的速度滑行,同时重新进入地球大气层

让我们把Mach 20放到某种语境中

现代商用客机巡航速度约为800公里/小时 - 大约0.8马赫

马赫1 - 声速 - 略高于1000km / h

能够以大于5马赫(~5000千米/小时)行驶的飞机被称为“高超音速”

HTV-2以20马赫(~2,000公里/小时)的速度滑翔 - 在地球大气层中行驶的速度非常快

如果你可以长时间保持这个速度,你可以在大约50分钟内从悉尼到伦敦

但以这些速度旅行并不新鲜

自太空时代开始以来,为了进入地球轨道,宇航员已被推进到相当快的速度

HTV-2的不同之处在于它在地球大气层中以这些速度“飞行”

在海拔低于50公里的地方,会产生令人难以置信的摩擦

如果不能散热,大气摩擦产生的热量会导致所有已知材料的熔化

传统的铝可用于飞机,例如现已退役的协和飞机,其飞行速度低于2马赫

美国SR-71黑鸟飞机的飞行速度大于3马赫,由钛制成,是一种极轻且坚固的金属

可以保持其高达450摄氏度的强度

从飞行到大气层的加热速率随着马赫数的[“立方体”](http://en.wikipedia.org/wiki/Cube_(Algebra)而增加

因此,HTV-2的加热速率接近300在相同高度飞行时,SR-71的时间大于SR-71

为了在这样的温度下存活,HTV-2使用一种称为陶瓷基质复合材料(CMC)的材料,可以将其强度保持在2000摄氏度或更高

表明HTV-2没有按照计划完成飞行

在这样的实验飞行中有很多可能出错的事情

在这个阶段,不知道HTV-2外皮的极高的加热是否应该归咎于虽然HTV-2的目标令人印象深刻,但是这款飞机是一款简单的滑翔机,没有推进系统

因此其范围受到空气动力学效率的限制,特别是其升阻比

大气超音速飞行的真正未来是超音速吸气式发动机的设计,称为超音速燃烧式喷射器(Scramjets)

通过昆士兰大学Hypersonics中心的研究和飞行测试,澳大利亚处于超燃冲压发动机技术的最前沿

Scramjets以与传统喷气发动机相同的方式工作,通过燃烧燃料来增加通过它的空气的速度(并因此增加动量)

正如你可能记得的高中科学课程,伊萨克牛顿爵士表明,动量的变化会产生一种力量

在吸气式发动机中,空气动量的变化产生推力

在高超音速下,发动机推力必须克服通过以极快的速度将空气推出而产生的阻力

通过这种方式,scramjets正在进行艰苦的战斗

目前的研究由我和其他人撰写,表明超速驾驶室可能能够达到12马赫甚至14马赫

如果能够在飞行中证明这一点,那么可以在几小时内环游全球

Scramjets也可以用来比火箭更有效地将卫星送入太空

预计用于HTV-2的相同高温材料将应用于由超大型喷气发动机推动的高超音速飞行器

虽然诸如HTV-2之类的飞机或在昆士兰大学开发的飞机仍处于试验阶段,但最终目标是看到高超音速飞机进入商业市场

您或我可能拥有高超音速飞行的第一次体验可能是维珍银河提供的太空冒险飞行的延伸

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