飛行速度達(dá)到了超乎想像的9.8馬赫

美國X－43A驗(yàn)證機(jī)再續(xù)高超音速神話

作者：King      點(diǎn)擊數(shù)：10543   

如果問兩分鐘的時(shí)間你能做些什么？相信對很多人而言，這還真是道難題。泡杯茶？不夠，抽支煙？也不夠，甚至連打個(gè)盹都不夠。可是美國宇航局的科學(xué)家告訴你：兩分鐘，足以從北京到天津跑一個(gè)來回！這絕不是聳人聽聞，11月16日，美國宇航局的X－43A高超音速驗(yàn)證機(jī)在第三次試飛中創(chuàng)造了這一奇跡。
刷新試飛紀(jì)錄
　　11月16日下午，一架經(jīng)過改裝后的B－52轟炸機(jī)搭載著X－43A驗(yàn)證機(jī)從愛德華茲空軍基地起飛。兩架F－18戰(zhàn)斗機(jī)在空中擔(dān)任護(hù)航工作，它們配備了高清晰攝像機(jī)，以便地面專家及時(shí)掌握試驗(yàn)情況。在飛行到1.2萬米的高空后，B－52轟炸機(jī)與“X－43A”分離，同時(shí)，捆綁在“X－43A”上的飛馬座火箭點(diǎn)火，將“X－43A”推至大約3萬米的高空。隨后“X－43A”打開進(jìn)氣室，啟動(dòng)沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠自身動(dòng)力以每小時(shí)11260千米的速度飛行了大約10秒鐘，墜入預(yù)先劃定的太平洋上的限制試驗(yàn)區(qū)。
　　在大約3萬米的高空，它的飛行速度達(dá)到了超乎想像的9.8馬赫數(shù)（約3千米/每秒），刷新了今年3月“X－43A”第二次試飛時(shí)所創(chuàng)造的6.8馬赫數(shù)的吉尼斯世界紀(jì)錄。
　　“X－43A”再創(chuàng)極速神話的奧秘在于其獨(dú)特的超音速燃料沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。與普通民航機(jī)不同，它可以吸進(jìn)空氣中的氧氣以作為一種補(bǔ)充動(dòng)力，這樣不僅能為飛機(jī)提供無比強(qiáng)大的動(dòng)力，而且還極大減輕了飛行燃料載荷。而普通飛機(jī)在進(jìn)入高空稀薄大氣層時(shí)，必須使用自身攜帶的固態(tài)或液態(tài)氧，才能保證燃料充分燃燒，以提供足夠推力。
能呼吸的發(fā)動(dòng)機(jī)
　　這個(gè)動(dòng)力強(qiáng)勁的飛天客究竟是怎么工作的呢？簡單說來，核心在于“沖壓”兩字。沖壓是迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速、增壓的過程。高速氣流（氧氣包含在其中）經(jīng)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后，進(jìn)入燃燒室與燃料氫混合燃燒，所產(chǎn)生的熱氣體膨脹加速后由噴口急速排出，從而產(chǎn)生強(qiáng)大推力。這種吸氣和排氣過程同我們的呼吸相似，因此被人們稱為“能呼吸的發(fā)動(dòng)機(jī)”。
　　沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與進(jìn)氣速度有關(guān)，以3倍音速進(jìn)氣時(shí)，在地面產(chǎn)生的靜推力可高達(dá)20萬牛頓?！?SPAN lang=EN-US>X－43A”的進(jìn)氣速度約為4馬赫數(shù)，它的理論飛行速度最高可達(dá)15馬赫數(shù)。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡單，質(zhì)量輕、體積小，推重比大，非常適合驅(qū)動(dòng)高超音速飛行器，如航天飛機(jī)、先進(jìn)反艦導(dǎo)彈等。但沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒有壓氣機(jī)，不能在地面靜止情況下啟動(dòng)，所以不適合作為普通飛機(jī)的動(dòng)力裝置。通常需要搭載一個(gè)助推器，使飛行器獲得一定的飛行速度，然后再啟動(dòng)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這也就是為什么“X－43A”要搭載在B－52轟炸機(jī)上起飛的原因。
以新技術(shù)引領(lǐng)未來
　　除了動(dòng)力強(qiáng)勁的引擎，“X－43A”的其他方面也有很多過人之處。在時(shí)速上萬千米的高速下，“X－43A”尾翼邊緣與大氣的劇烈摩擦能產(chǎn)生3600度左右的高溫，足以融化任何金屬，在它的碳－碳熱保護(hù)材料上還加上了專門的熱保護(hù)涂層。另外，地面實(shí)驗(yàn)室不可能用風(fēng)洞模擬出每小時(shí)上萬千米高速氣流下的物理狀況，因此本次X－43A發(fā)動(dòng)機(jī)的所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都通過計(jì)算得來，這對設(shè)計(jì)師是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。令人驚奇的是，他們通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)的誤差只有2％。這為今后的進(jìn)一步改進(jìn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　“X－43A”飛行試驗(yàn)共耗時(shí)8年，耗資2.3億美元。2001年，由于導(dǎo)航系統(tǒng)故障，“X－43A”進(jìn)行第一次試飛時(shí)以失敗而告終。今年3月，“X－43A”進(jìn)行的第二次試飛取得成功，它以將近7倍音速(約8300千米/小時(shí))飛行了約22千米，把當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄提高了一倍多。11月的這次飛行是“X－43A”進(jìn)行的第三次試驗(yàn)，也是最后一次試驗(yàn)。美國將在未來5年內(nèi)實(shí)施第二階段的試驗(yàn)，飛行器代號為“X－43B”，第二階段的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是驗(yàn)證飛向太空的高速發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和耐用性。
（李鑒）