波音極音速概念機。(圖:Boeing)

日前波音公司( Boeing )於亞特蘭大( Atlanta )的航太會議上,公布了該公司首架極音速概念客機。

波音聲稱,這概念機橫跨太平洋或大西洋將僅需 2 小時。此概念機的出現顯示各大航空製造商已準備好的競爭。

極音速

當飛行器的秒速達到 1700 米時,即達到 5 馬赫的極音速( hypersonic )最低限度,超越超音速。而波音自 1956 年起便開始著手開發能達到此速限的試驗機,包括 X-15、X-43、X-51 皆已達到了極音速的速限。

波音公司極音速科技及技術研發中心的主任,凱文·鮑撤特( Kevin Bowcutt )表示,波音已經從這數十年來的試驗中獲得充足的知識,相信這知識能作為公司的王牌,在此領域擊敗航太界的其他公司,包括洛克希德·馬丁( Lockheed Martin )及中國、俄羅斯的競爭者。

概念機

研發團隊認為,商用機並不需要在起飛後立即達到極音速,而需讓引擎具有大範圍的加速能力,在需要時才加速至極音速。

現今使用的渦輪引擎的問題在於當達到極音速時,葉片便會損壞。因此必須使用沖壓引擎( ramjet ),利用飛機本身向前的動力壓縮空氣取代葉片。

而當速度達到極音速時,另一個潛在問題是升阻比( lift–to-drag ratio )會大幅下降。因此如鮑撤特所說:「我們將機身改變成淺角度且具有後掠前緣的設計,以降低阻力」。

此外,在極音速下機翼產生的擴張氣流會使得尾翼的壓力降低而導致機身不穩。為解決此問題,設計團隊使用了雙尾翼的設計,使其處於高氣壓下能夠穩定機身。

吸收空氣

當飛機的速度逐漸提升時,同樣的空氣量能產生的推力便開始下降。因此,能達到極音速的引擎必須設計成吸收更多的氣流進行推動。而與此同時,氣流進入引擎後減緩速度而造成的熱也變得更為可觀,研發團隊認為可以使用液態甲烷取代水作為冷卻劑解決此問題。

最後因氣流的問題帶來的一大問題是巡航高度,在極音速下若在一般的 9,000 公尺高空中飛行,會因氣流的壓力過大而導致機身解體。要達到安全的巡航高度,必須提升至海拔 28,000 公尺的高度。

競爭

波音在今年年初發表了一架極音速無人偵查機,開始參與極音速飛機的商業競賽中,與洛克希德·馬丁的 SR-71 黑鳥偵察機競爭。

而現在,隨著極音速飛機的競賽開始延伸到客機上,相信在不遠的將來,普通乘客在兩三小時內到達地球上任何一個角落將不再是一個夢想。

 

參考資料:

  1. Pappalardo, J. (2018, June 27). How Boeing’s Hypersonic Passenger Plane Concept Works. POPULAR MECHANISM
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