【行业动态】高超音速飞行时代已来，中国在建全世界最快的风洞

导读：天下武功，唯快不破！美国五角大楼已经深信超音速武器就是潜在的改变战场游戏规则的武器，可能会给美国军队在未来具有类似隐形飞机或智能炸弹在过去几十年中所具有的优势。目前，俄罗斯和中国也在研制超音速导弹，在2017年11月份，更有媒体报道中国已经开始建造世界上最快的风洞来测试超音速飞机和武器。

美国空军提供的X-51A驭波者插图，旨在将飞行速度提高到6马赫左右

这架时髦的飞机，其实更像一枚火箭，从B-52的机翼上脱离下来后，在加利福尼亚海岸的穆古海域上空高速飞过，留下一条长长的白色轨迹。

无人驾驶的X-51A在固体火箭助推器的帮助下，一下到达了4.8马赫速，这几乎是声速的五倍。随后，波音公司的飞机抛弃了助推器，通过改进型的试验性超音速火箭发动机，吸入高度压缩的空气以更快的速度推进飞机，达到了3,400英里/小时的超音速速度，即5.1马赫。

注意：马赫数不是一个固定的测量值。声速根据温度而变化，空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒。

虽然该飞机在2013年试飞期间仅依靠该超燃冲压发动机工作了3分半钟，但研究人员表示，此次测试已经表明推动飞机达到超音速5马赫或更高速度的可靠技术可能在10年内达到成熟，并且将率先用在导弹上。

技术风险仍然很高。

但五角大楼已经深信超音速武器就是潜在的改变战场游戏规则的武器，可能会给美国军队在未来具有类似隐形飞机或智能炸弹在过去几十年中所具有的优势。超音速导弹将很难击落，并且让被打击方几乎没有任何警告和防御的反应时间。

目前，俄罗斯和中国也在研制超音速导弹，在2017年11月份，更有媒体报道中国已经开始建造世界上最快的风洞来测试超音速飞机和武器。

美国太平洋海军司令哈里-哈里斯在上周向众议院武装部队委员会表示：“我也深切关注中国在未来军事技术上的大量投资，其中就包括高超音速导弹。如果美国不跟上步伐，（美国太平洋司令部）将很难在未来的战场上与人民解放军展开竞争。”

与过去的武器研发计划一样，包括隐形技术和弹道导弹研究，美国南加州已经准备好在这些项目发展中发挥主导作用。

美国国防部高级研究计划署（DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency）是帮助发展互联网的同一个机构，正在和空军一起率先推出一项名为超音速空气呼吸武器概念的计划。它已经授予合同给包括雷神公司和洛克希德-马丁公司在内的防务公司，以开发能够实现“有效且负担得起的”空射超音速巡航导弹。

航天公司Orbital ATK最近也被选中参加与DARPA的超音速航空发动机项目，而军用飞机制造商已经讨论了他们自己的高超音速飞机概念。

据报道，美国国防部准备开始测试一种超超音速导弹，飞行速度可以接近6马赫速度，将对未来世界上的导弹防御系统产生重大影响。

据称，可靠的超音速飞机不仅可以将导弹推进到令人难以置信的速度，使它们更难以击落，而且还可以在靠近地面的高度上发射而提供更大的机动性，这将使得目前的导弹防御系统几乎无法抵御。

2011年，在爱德华兹空军基地，将一架X-51A飞机被装载到B-52战机上。

波音公司超高音技术首席科学家Kevin Bowcutt在1995年提出了X-51A的原始概念设计就表示：“有一句老话说天下武功，唯快不破。高超音速是未来，而且总是会是这样。现在人们更加相信它，因为它是真实的。”

目前美国对超音速技术的关注重点是多重的。从历史上看，美国一直是这一领域的领导者，因为这一技术是如此的充满前景。但卡内基国际和平基金会核能政策计划联合主任詹姆斯-阿克顿则认为，美国在高超音速技术上的发展，并非由特定的使命需求所驱动。

但是为了研发超音速技术，美国将需要研发能够在高速和高温下长时间运行的发动机推进系统和材料。航空专家表示，这样的研发成本会非常巨大，甚至还不包括研发飞行器所需的数十亿美元。

航空航天分析师洛伦-汤普森表示，如果这项研究要“在真正的武器计划中取得成果”，那么2020年至2035年之间可能需要花费数十亿美元用于超音速项目，需要对洛克希德-马丁公司和波音公司进行巨额资助。

但这南加州来说，可是一个福音。

汤普森表示，该地区是美国重要的工业基地和政府研究中心的所在地——例如著名洛克希德-马丁公司的臭鼬工厂和爱德华兹空军基地，这些单位可能成为超音速技术研究的中心。波音曾表示超音速工作已经在亨廷顿海滩工厂，以及圣路易斯和西雅图开展。

根据过去的经验，大型的研发项目将为该地区带来了数千个就业机会。当B-2隐形轰炸机在1992年接近生产高峰时，飞机制造商诺斯洛普在皮科里韦拉（Pico Rivera）拥有9,000名工人，在棕榈谷拥有3,000名工人。

另一方面，美国发展超音速飞行器的历史可追溯到上世纪40年代，当时喷气推进实验所JPL（NASA前身）在德国V-2火箭的前端附加了一枚WAC火箭，以创建一个两级火箭，作为陆军“保险杠”计划的一部分。1949年从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射升空，火箭速度达到5,150英里/时，约6.7马赫速。

另一个重大突破出现在上世纪50年代和60年代，X-15项目是实验性火箭推进式飞机，达到6.7马赫的最高速度，旨在促进对超音速飞行的理解。

当时，测试飞行的数据有助于宇航员登月的阿波罗太空舱设计和土星V型火箭。

从1981年开始到2011年的航天飞机在重新进入地球大气层时也达到了超音速，促进了美国在吸热瓷砖和大型圆形边缘技术的发展。

但是，尽管有这些技术的渐进发展，高超音速研究人员认为仍然有很大的技术障碍需要解决，特别是在材料科学领域。

当航天飞机重新进入地球大气层时，航天飞机轨道器的外表面接近3000华氏度（1469摄氏度）的温度。一般的航空级铝合金在此温度下将彻底熔化，一种可能的解决方案是诸如钛或镍基合金之类的材料，其可以承受略微超过5马赫的飞行速度使用。此外，目前在航空发动机领域越来越火的陶瓷基复合材料可能也是一个答案。

开发更大型的超燃冲压发动机也一直具有挑战性。虽然火箭可以使飞行器达到超音速，但它们太大，太重，效率低，无法用于轻型导弹或飞机。

而采用超燃冲压发动机，一种吸气式发动机，可以提供达到5马赫以上速度所需的增压，但重量更轻，效率更高。与火箭不同，超燃冲压发动机不需要携带自己的氧气罐来燃烧燃料，相反，它使用大气中的空气作为推进剂的氧化剂。

兰德公司高级工程师兼导弹发展专家乔治-纳库兹在谈到超燃冲压发动机的优势时，也表示：“你不可能在每次想要进行超音速飞行或发射巡航导弹时都制造大型火箭，这是不现实的。”

不过，超燃冲压发动机的正常启动工作状态大约在5马赫，美国NASA的 X-43A飞机项目已经证明了这种技术的可行性，并在一架小型的验证机上进行了试验，取得了成功。

波音公司X-51A设计师Bowcutt表示，在NASA的基础上扩大尺寸可能仍具有挑战性，原因是美国目前的风洞大小限制了尺寸的进一步扩展，工程师们还必须更多的依靠计算机模拟，无法在实际试验之前就对设计概念进行全面验证。

但新技术的发展正在帮助解决这些问题。洛克希德-马丁臭鼬工厂副总裁Jack O'Banion最近在航空航天技术大会上发表演讲时表示，增强的计算机处理能力和数字工具将帮助国防巨头设计出3D的超燃冲压发动机，其飞机概念被称为SR- 72。

波音高超音速军事侦察机概念的渲染。

洛克希德-马丁公司曾表示，这种概念的超音速飞机SR-72可以在高达6马赫的速度下飞行，并将在2030年前投入使用。洛克希德的一位高管最近反驳了有关SR-72已经存在的猜测，称该公司的重点是高超音速武器系统。

O'Banion表示，随着3D打印制造技术的发展，该公司可以将超燃冲压发动机与“非常复杂的冷却系统”集成在一起，使发动机能够承受多次点火等日常操作，且不需要拆卸零部件。

“如果我们五年前试图生产它，它就会因为缺乏复杂的冷却系统保护而融化成渣，”他说。

面对所有这些挑战，许多研究人员认为超音速技术可能首先应用在导弹上，然后才是载人飞机。但是不要指望在超音速客机上预定座位，因为该技术的商业应用可能至少需要30年时间。

这个时间表还将取决于高超音速旅行的商业模式，毕竟这可能意味着高额票价。协和号客机的例子已经表明高超音速旅行并不完全具备商业吸引力，该客机2000年的一次空难导致113人死亡，暂时搁置了机队，但在911事件之后由于航空旅行市场放缓而导致飞机经营费用高昂，导致该机于2003年彻底退休。

也许从导弹入手要容易得多，毕竟它们比飞机更简单，一架飞机涉及的系统太多了。

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