中國團隊設計出高超音速飛機——北京到紐約僅需2小時

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高超音速飛機(hypersonic aircraft) 指最小飛行速度大於5倍音速的飛機。高超音速飛機實現高超音速飛行，必須有相應的動力裝置，解決高強度激波、表面溫度、雜訊和音爆等問題。

近期，中科院崔凱研究團隊提出一種新型高超音速飛機設計方案，其速度可達到五倍音速——也就是每小時6000公里以上。音速是343米/秒，即1235km/h。由崔凱率領的研究人員在Physics, Mechanics and Astronom的論文中描述道：「如此高超音速飛行，從北京到紐約只要兩小時。」但目前普通客機在這兩個相距11,000公里的城市間單程飛行，就要耗時約14小時。

該團隊在北京一個用於做高超音速武器模型的空氣動力學測試的風洞中，進行了縮小的模型機測試，並將速度設置到七倍音速，即8600km/h左右，測試結果也出人意料的好。

由於這個飛機在像潛水轟炸機一樣俯衝飛行的時候，在地面的投影就像一個大寫的「I」一樣，中國科學院力學研究所高溫氣體動力學重點實驗室的團隊將它命名為「I-plane」。

研究人員表示，其雙層機翼設計是個亮點，在高超音速情況下，機翼會共同作用減小湍流和阻力同時提高載運能力。I-plane雙層的機翼設計與第一次世界大戰使用的雙翼飛機類似。最早型的飛機大多數都是雙翼飛機，但為追求更高的飛行速度和燃油效率，在20世紀三十年代這種形式的飛機逐漸被淘汰。

老式雙翼飛機

直到如今，這種雙層機翼設計又被用於I-plane中，其極低的機翼從機身中部伸出彷彿張開的雙臂，同時，第三個扁平的，蝙蝠形的機翼一直延伸到飛機後部。研究人員表明雙翼機型的設計能使飛機比現有的流線型三角機翼的高超音速飛機承受更大的有效載荷。在極高速度下，雙層機翼能夠共同作用減少湍流和阻力來增加飛機的總體升力。但是嚴格來說I-plane也不是嚴格意義上的雙翼飛機，有研究人員評價說，原因是這個設計用來處理與普通的雙翼設計不同的物理因素。在高超音速下飛行，空氣動力學會變得反常，最大的阻力不再來源於前方的空氣，而是飛機飛行時自身產生的波。

高超音速飛機產生的升力約是普通商用飛機的25%。一架典型的波音747飛機能夠搭載200名乘客或是攜帶20噸貨物，則一架和波音747一樣大的I-plane能夠搭乘50名乘客或是運載5噸的貨物。而且，高超音速飛機的應用前景十分廣闊，從鮮花到炸彈，遊客到軍事特種部隊的載運都可以實現。

波音747

有研究人員評價說：「這是一個完全原創的設計，它將使高超音速科技領域向前邁出一大步。」

目前其實已經存在高超音速飛行器，比如美國的US Air Force』s X-51 乘波者和中國的WU-14高超音速飛行器，但是他們都只有小型輕量級有效載荷，比如運載一個緊湊型核彈頭。這極大限制了其應用推廣。並且目前世界範圍內還不存在可載人的高超音速飛機，本次中國團隊的設計方案儘管解決了空氣動力學問題，距離其完全實現還有許多技術問題亟待解決，尤其是材料學方面。

其中一個致命的問題就是高超音速飛行器飛行將會產生大量的熱，可能會超過1000攝氏度（1800華氏度），因此需要有效隔熱或是散熱。目前考慮的方案都還處於實驗階段，比如使用耐熱材料或是安裝液體冷卻系統。

許多國家包括中美都在致力於研究高超音速飛機，一個高超音速飛行器能夠幫助他們輕易地穿過另一個國家的導彈防禦系統。五角大樓把高超音速武器看作潛在的「遊戲規則改變者」，可能像隱身戰機或智能炸彈那樣給自身或對手提供極大的優勢。高超音速導彈將極難被擊落，可以機動避開對手的防禦，在幾乎或根本沒有預警的情況下擊中目標。美國海軍上將警告說：「在高超音速導彈上中國佔據了主導地位，美國已經落後了。」

外媒刊發的國產高超音速飛行器想像圖

目前，美國Lockheed Martin公司也在開發高超音速偵察和打擊飛機SR-72，並在2017年6月的時候宣布過其項目的最新進展。9月份，Aviation Week報道稱，一架小型次級示範飛機已經在加利福尼亞州的美國空軍基地著陸，可能是無人駕駛SR-72的早期試驗。 但Lockheed方面拒絕對該事件發表評論。

此外，Lockheed還在研發高超音速客機。Lockheed設計的Quiet Supersonic Technology X-plane (QueSST)目標是速度達到1.4馬赫（超過1,700km/h）和飛行高度超過55,000英尺（約17,000米）。如果設計實現了，那麼該客機從北京到紐約只需不到七小時。根據美國媒體的報道， X-plane（也被稱作Concorde之子），將在2020年試飛。Concorde指的是一種在1976年到2003年間使用過的渦輪噴氣發動機驅動的超音速客機。它的飛行速度在搭載120名乘客的情況下還能達到音速的兩倍（超過2,000km/h）。不過最終因為其成本高昂和當時航空事業的低迷，還是將其擱置了。

而中國近幾年已經在戈壁沙漠上測試了很多種高超音速飛行器，有的甚至能達到10倍聲速，還建立了世界上最快的風洞以模擬高超音速飛機在12km/s（43,200km/h）速度下的飛行。這樣的速度下，一架中國的高超音速飛機14分鐘內就能飛抵美國西海岸。

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