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比黑鳥偵察機更快的客機?美國步子邁得很大,5倍音速跨洋送客

2024-01-27軍事

美國赫爾墨斯公司正在為美國空軍打造一種高新技術裝備,這個裝備說起來也不是什麽新概念,就是美國空軍心心念念了很多年的高超音速飛機。

一般來講,高超音速飛機飛得要比聲音快得多,才算高超音速。多快呢?一般認為得接近或者超過5倍音速。但長期以來,高超音速飛機在美國大部份都是實驗平台,耗資巨大且實驗的時間並不長,沒有一款飛機是列裝和批次生產的。今天,美國準備利用高技術企業,來研發一款實用型的、可重復使用的,並且經濟性比較好、可量產的裝備。

目前,赫爾墨斯公司已經為美國空軍打造了MK 0原型機。這是一個很小的飛機,目前網上有它的照片。

(「誇特馬」MK 0的最終目標只有一個字,那就是快)

MK 0的原型機代號叫做「誇特馬」,什麽叫「誇特馬」呢?就是Quarterhorse,是過去在賽馬的時候,經常進行1/4英裏賽道專案的賽馬。換句話說,短距離沖刺速度特別快,也正暗合了這款試驗平台的這種試驗目的。

MK 0「誇特馬」並不用直接飛,它是一個動力版的鐵鳥。裝上發動機之後,可以在地面上進行滑行實驗,主要測試這個遙測技術和動力系統。MK 1將完成首飛,有可能就在2024年;MK 2將在無人駕駛遙控的方式下,實作超音速飛行;到MK 3,將實作比黑鳥更快的速度,也就意味著將會達到兩到三倍音速這樣一個高速水準。但整個的從MK 0到MK 3這個「誇特馬」專案,還只是一個縮比的驗證機。

這個專案一旦完成之後,接下來赫爾墨斯公司將為美軍打造一款實用型的、放大版的高超音速飛機,代號叫做「黑馬」。這款飛機據說還是無人駕駛,但是體量要大很多,可以執行一些偵察以及一些軍事運輸,甚至可能包括打擊任務。

這是美國空軍的一個構想,而赫爾墨斯公司的理想更加遠大。它希望能夠借助美國軍方的專案,未來用這個技術打造一款民用客機,實作5倍音速的飛行速度。屆時,我們現在所有的商用飛機的航線時間,都可以除以5來計算。那就意味著,10個小時的航程,兩個小時就可以完成了。這將是所有商業航空企業的一個不錯的理想,但是這個理想能不能實作,還要看赫爾墨斯的進展。

(黑馬想象圖)

赫爾墨斯公司是一家初創企業,2018年成立,到現在短短5年時間,理想就1個,就是要制造高速飛行器,而美國空軍也正當時的把合約授予了這家公司。合約金額並不貴,6000萬美元,用6000萬美元來完成這個高超音速飛機的試驗和試飛任務。要想省錢打造高超音速飛機,那是很難的,所以赫爾墨斯公司一定有些獨創的技術路徑。

什麽路徑呢?就是廉價版的發動機。高超音速飛機的核心技術就是發動機,過去的高超音速飛機,要麽火箭動力,要麽特制的動力系統造價昂貴,測試復雜。赫爾墨斯采用了一個簡化版,利用貨架產品,來改造成它所需要的發動機。

(MK 0原型機)

它所使用的發動機叫做TBCC,也就是基於渦輪的組合迴圈發動機,我們通常把它叫做渦輪沖壓的組合發動機。你可以這麽理解,它的核心其實就是一個渦輪發動機,但是它增加了一個外部的流道,在這款發動機停止工作之後,可以利用外部的流道,把這個整體變成一個沖壓工作模式。低速的時候,使用渦噴模式,那麽可以把速度從0提升到2-3倍音速。達到3倍音速以後,進入沖壓工作模式,這個時候就可以進一步的增速,達到4-5倍音速。

赫爾墨斯公司在「誇特馬」專案上,采用的貨架產品就是通用電氣的J85發動機。這是一款小渦噴,那麽在實驗過程中,據說效果不錯。到了「黑馬」階段,使用的貨架產品是F100。但是F100怎麽融入到這款新發動機還沒說。因為F100是個渦扇發動機,是不是把它的外涵道取消,然後直接增加一個沖壓部份,這個赫爾墨斯就沒說了。因為這可能涉及到很多技術細節,也可能涉及到它所謂的技術秘密,但原理就是這麽個原理。

(J85發動機)

據說,赫爾墨斯到目前為止,已經接收了首台普惠提供的F100發動機。接下來,就將實作這種動力系統的改裝、整合工作。發動機一旦能夠這樣做,那就顯然便宜得多了。買J85、F100,都是有定價的,然後公司自己改裝。

改裝的成本怎麽降呢?赫爾墨斯的做法是大量采用增材制造。很多關鍵部件都是公司自己造,不做供應鏈的外斜。那這樣一來,就避免了很多供應鏈上復雜的風險點。因為這個外部的部件並不是很多,而公司自己造,能夠控制它的質素,同時不斷的調整。好在3D打印這種增材制造技術,可以極大的縮短加工周期,你調整起來也非常快,這就是一個省錢的辦法。

(F100發動機)

那麽話說回來,未來這種技術如果用在商用飛機上,那顯然是速度能達到,那麽熱脹問題過去也解決了,那麽噪音問題怎麽辦?現在人類的超音速飛機,還是在兩倍音速的這個水平上徘徊,那麽客機未來也是首先要突破兩倍音速。但目前首先考慮的是音爆的問題,音爆震耳欲聾,傳到地面上,讓居民不堪幹擾。所以,那就會被投訴,一投訴這飛機就飛不了。

未來高超音速商用飛機,將如何解決音爆問題,這個赫爾墨斯沒說。但首先來講,到了高超音速階段,音爆問題恐怕反倒簡單了。因為高超音速飛機,一定有一個重要的關鍵要素,就是它必須飛的非常高,在濃密的大氣層中進行高超音速飛行,對飛行器是一種可怕的體驗,很有可能導致一些重大的問題。所以如果你想飛5倍音速,那麽高度一定要拉起來,很有可能高超音速的飛機它的飛行高度會達到3萬米,甚至更高的水準。那樣的飛機,由於距離地面非常遙遠,音爆的控制也就變得相對的容易。

總之,這就是赫爾墨斯的構想。一個初創了5年的公司,就為美軍開始打造這樣一種高技術平台,這個趨勢值得關註。美軍現在正在越來越多的利用,以及鼓勵國內的一些高技術的初創企業,來加入到高水平的裝備研發中去,這個方法對於我們來講也有借鑒意義。

因為這樣一來,就可以利用社會上大量的高技術的資本,以及高技術的資源,來為我們的國防和經濟建設服務。所以中國國內,非常需要有一批真正有理想的,面向高技術突破的這種創新企業誕生。