波音公布高超音速飛機計劃 飛行速度將超過 5 馬赫
6月27日，在亞特蘭大舉辦的美國航空航天學會會議上，波音描繪了一架高超音速客機的設計。這架客機的飛行速度將超過 5 馬赫（1 馬赫等於 1 倍音速），可以把紐約到倫敦的航程從 7 小時減少到 2 小時。同時波音給出了一些概念機設計上的細節。
波音雖然並未公布發動機的詳細數據，但該公司高超音速首席科學家凱文·鮑卡特（Kevin Bowcutt）透露了一些內容。「我們認為不需要使用超燃衝壓發動機，選擇 5 馬赫的最高速度就是因為只需要用到渦輪衝壓發動機就夠了。」 渦輪衝壓式發動機是一種將渦輪和衝壓這兩種推進方式上下並聯布局的發動裝置，兩種發動機共用進氣道和尾噴管。在低飛行速度下，依靠渦輪發動機的機械壓縮推動飛機達到 4 馬赫左右的速度，而由於渦輪和壓氣機葉片材料會開始出現破損。當飛機達到更高速度的時候，關閉渦輪發動機轉而用衝壓發動機，
目前，超音速飛機普遍只用衝壓式噴氣發動機。它使用飛機的向前運動來壓縮空氣，以達到真正的超音速。衝壓發動機可以達到最高 7 馬赫的速度。所以這種渦輪衝壓式發動機適合用在波音這架最高 5 馬赫速度的飛機上。但發動機速度能達到 5 馬赫只是一個關鍵性因素，高超音速飛機需要解決的問題還有很多。
首先就是高超音速狀態下機身的強度問題。協和式客機巡航速度只稍高於馬赫數2，機身使用鋁合金就夠用了，而波音認為馬赫數 5 的巡航速度下飛機必須使用先進的鈦合金機身結構。另一個需要解決的是高溫問題。高速氣流在發動機內減速會產生大量的熱量。波音重新設計了冷卻系統，研究如何使用液態甲烷等燃料來代替水作為冷卻劑。並且高超音速飛機的表皮在飛行期間會因空氣摩擦而變得溫度接近 660 攝氏度，對於乘坐舒適性的要求也讓冷卻系統成為研究的重點。
飛機其他地方的設計也將因為 5 馬赫的速度而大幅改變。首先，隨著飛機的飛行速度加快，升降阻力（機翼使飛機飛起的升力和全飛機機身帶來的阻力）的比率下降，機翼的面積將大幅收窄。同時超音速飛機的尾部設計也將不同。5 馬赫速度飛行下機翼的頂部會產生膨脹波，將氣流分散出去，讓飛機尾部產生非常低的壓力區域，這讓尾部很難去幫助增強機身飛行的縱向穩定性。
在概念飛機上，波音將飛機尾翼張開，分成兩組，並且放置在能夠捕捉更高氣壓的部位。從而讓尾翼能夠在 5 馬赫飛行時提供穩定性。飛機座艙內也會發生截然不同的變化，傳統飛機上的窗戶將會被取消，轉而變成攝像頭和屏幕組成的虛擬舷窗，讓乘客可以觀看 28000 米高空的地球。
「在這個高度，你會看到地球在你下方的曲率，」Bowcutt說。「你不會看到整個地球，但你會看到曲率——在你上面，你會看到宇宙的黑暗。」這也將會是一次非常順利的旅行，因為在那個高度沒有大氣湍流。但是當湍流減少時，加速到5馬赫也需要更多的時間。在一架常規航班上，乘客在起飛期間和起飛後不久會感受到壓力、被推回座位，這大約持續一分鐘。在一次高超聲速飛行中，這種感覺會持續大約12分鐘。「
同時，商用飛機超音速飛行下的聲爆和起飛噪音也是需要解決的問題。波音公司此前進行過各種低聲爆和超聲速公務機等研究項目。 20 世紀 60 年代波音就開始開發 2707 超聲速民機方案、90 年代則開展了「高速民用運輸飛機」（HSCT）項目以及 21 世紀初開發的「聲速巡航者」（Sonic Cruiser）。
同樣是研發飛機的洛克希德公司在 1964 年首飛了 SR-71 黑鳥式戰鬥機，這是美國空軍第一代可以達到 3 倍音速的長程戰略偵察機。SR-71 在速度上領先於當時蘇聯同時代的戰機，多次深入蘇聯領空。SR-71 黑鳥當時因為新技術尚未成熟，遇到了例如發動機容易熄火以及燃料泄漏等眾多問題。1990 年 1 月，改良版的 SR-71A 宣布退役。不過之後超音速飛機研發始終沒有停止，民航史上也曾經出現過協和式飛機這種可以在 15000 米高空以 2.02 倍音速巡航的商用飛機。
2016 年，美國航天局（ NASA ）宣布，它們與全球最大軍用機製造商洛克希德·馬丁公司（ Lockheed Martin ）簽訂了一份價值 2000 萬美元的合作協議，旨在研發可以商用的超音速客機。這也是 NASA 「X-planes」系列計劃中的一部分。在這個項目中，他們將使用一種稱為「Quiet Supersonic Technology」（ 安靜超音速技術，簡稱 QueSST ） 的技術，這種技術可以使飛機在超音速飛行時產生一種相對柔和的超音速波動，從而避免了原來飛機在突破音障後產生的「音爆」噪音。
自 1956 年以來，波音公司一直致力於高超音速飛行器技術研究，1960 年代波音的 X-15 曾多次打破了速度紀錄，此後波音研發出例如 X-43 和 X-51 超音速試驗飛機。而關於這次的 5 馬赫超音速商用載客飛機，波音公司首席執行官 Dennis Muilenburg 去年在巴黎航空展上就曾透露波音正在開展這一研究，當時他稱在未來一、二十年內會看到它成為現實。同時他表示，這項概念飛機將會尋求軍方和商業公司的合作。主要還是成本的問題，研發這樣一輛概念超音速飛機需要花費數十億美元。此前光是 NASA 和洛克希德·馬丁公司聯合研發的 1.4 馬赫超音速飛機就花費了 2.475 億美元的預算。
軍方表示可以支持超音速飛機的研發成本，機械雜誌 popularmechanics 分析稱波音的超音速飛機可以幫助美國繼 B-21 之後研發新一代戰略轟炸機。並不需要隱身，超高速飛行已經是更有價值的一種特徵。今年初，波音還第一次公布了超音速無人偵察機計劃，以便和同樣在研發相關技術的洛克希德·馬丁公司競爭 SR-71 的後繼機計劃。
聲明：本公眾號發布的文章，僅用於複合材料專業知識和市場資訊的交流與分享，不用於任何商業目的。任何個人或組織若對文章版權或其內容的真實性、準確性存有疑義，請第一時間聯繫我們。我們將及時進行處理。
