理论教育 高超声速运输系统的研发和应用

高超声速运输系统的研发和应用

时间:2023-05-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:如果对原生区域的应用确实存在着新的巨大商机,则这个商机很有可能出现在高超声速运输领域。图6.6由反作用发动机公司提出的A-2 高超声速喷气飞机最后,研究机构正在努力解决音爆问题。关于高超声速空天飞机运行模式的设想已经相当成熟了。当下降到大约16 km 高度时,空天飞机将减速至亚音速。

高超声速运输系统的研发和应用

如果对原生区域的应用确实存在着新的巨大商机,则这个商机很有可能出现在高超声速运输领域。这很可能需要为能够安全进行地球亚轨道飞行的航天飞机开发出使用高速吸气式喷气发动机火箭发动机系统的超燃冲压发动机技术。数十年来,人们一直在猜测这种高超声速空天飞机是否能够用几个小时的时间从英国伦敦飞到澳大利亚的悉尼,或从纽约飞到东京。通常人们对此的讨论并不包括上下飞机的时间,也不包括冷却以6 马赫制动的空天飞机所需要的时间。尽管如此,如果其能够安全地进行运输,并且不会对环境造成长期损害,那么这种能够在几小时内将乘客从地球的一端送至另一端的运输方式仍然具有十分光明的前景。当然,也有人认为,使用超高效磁悬浮技术的真空密封隧道或所谓的超环线系统可能是高超声速运输的最终解决方案,而不是通过原生区域进行高超声速传输。

当然,还有许多问题需要认真解决,包括以下几个问题:

(1)发展可多次使用的、可靠的火箭推进或超燃冲压发动机,以使此类飞行变得可靠、安全并更具成本效益。

(2)仔细研究其对环境的影响,以确认每小时可完成若干次此类飞行,而不会对平流层造成重大污染。

(3)进行经济和市场研究,以确认此类产品提供可持续商业服务的可行性。

(4)开发新技术,以创建可以避免飞机减速降落时在机场和城市附近产生大规模音爆的安静SSP 和安静HSP。

目前世界上有许多平行的技术开发项目正在进行,这些项目在本质上是相互矛盾的。

首先,就航空飞行中采用电推进方面开展了许多先进研究,这些研究将提供看上去更为环保的服务,且很可能首先由欧洲制造商(即空中客车公司)和欧洲航空公司实现。(www.daowen.com)

其次,美国、欧洲、日本和中国正在进行一系列新型喷气式客机的研发项目,这些新型客机将能够可靠、安全且经济有效地以2~4 马赫速度飞行,提供航空客运服务。这些飞机大多使用传统的液体喷气燃料或液氢和液氧燃料。

再次,也有人正在努力建造空天飞机。这些空天飞机的设计飞行速度大多为6~8 马赫,其中许多空天飞机都使用混合固体燃料系统。目前,这些空天飞机被设计用于与太空旅游相关的亚轨道飞行,或是被用作小型卫星火箭发射系统的第一级。这些公司包括维珍银河公司旗下的航天飞船公司,目前已倒闭的瑞士空间系统(S-3)公司,研制由“军刀”(Sabre)超燃冲压发动机驱动的Skylon 单级入轨飞行器的反作用发动机公司。反作用发动机公司还为一架名为A-2 的高超声速喷气飞机(图6.6)制订了计划,理论上这架飞机从英国飞抵达澳大利亚所需时间将低于5 h。

图6.6 由反作用发动机公司提出的A-2 高超声速喷气飞机(图片由反作用发动机公司提供)

最后,研究机构正在努力解决音爆问题。目前的研究集中在可从飞机机头延伸出来的套管式探针随时间推移将产生的一系列细微音爆,而不是飞机从超声速到亚音速转换时产生的一个巨大音爆。

任何对未来5~10年空天飞机提供商业服务有完整和准确想法的人可能都会出错。实际上,在不同的国家有许多不同且相当复杂的研究项目正在进行着,甚至这些研究项目都是在这些国家的不同机构和商业公司中进行的。

关键问题是:①谁将开发出抑制音爆的最佳技术; ②电动飞机是否会因为人们对环境问题的考虑而胜出,且高超声速服务是否会因此而延迟; ③高超声速飞行服务是由NASA、JAXA 和ESA 等航天机构研制的马赫数2~4 的高起音速飞机提供,还是由维珍银河公司、反作用发动机公司或内华达山脉公司等商业机构正在开发的马赫数6 +的空天飞机(如维珍银河公司的“SpaceShip2”,反作用发动机公司的“军刀”或内华达山脉公司的“追梦者”)[16]提供。

关于高超声速空天飞机运行模式的设想已经相当成熟了。大多数的空天飞机将从主要授权机场起飞,并以亚音速爬升到一个相当高的位置,这个高度可能是16 km(5.3 万英尺),随后空天飞机在该高度上过渡至高超声速,并开始以抛物线路径继续爬升,爬升路径的最高点大约在80 km 处,但肯定低于100 km。当下降到大约16 km 高度时,空天飞机将减速至亚音速。航天飞机将展开一个可伸缩的套管式探针,伴随着航天飞机减速至亚音速,该部件将制造出一系列的小音爆,从而避免集中产生巨大的音爆。最后空天飞机将在指定的机场降落、冷却,然后让乘客下机。然而,内华达山脉公司正在研制的“追梦者”将飞入轨道,而反作用发动机公司的“军刀”当前目标是发射进入太空,因此这两种飞行器各自的飞行路线将截然不同。

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