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高超音速飛機

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  高超音速飛機(hypersonic aircraft) 最小飛行速度大於5倍音速的飛機。目前正在研製中,尚未實用。 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。①解決相應動力裝置。渦輪噴氣發動機在飛機飛行馬赫數大於3.5之後,性能會迅速下降。如果飛機使用火箭發動機則攜帶氧化劑和燃料的負擔過重。雖然衝壓噴氣發動機馬赫數在3.5~6之間可以有較好的性能,但壓力和溫度會有較大的損失。馬赫數大於6時,使用碳氫燃料在超音速氣流中燃燒的衝壓噴氣發動機較為適宜。巡航馬赫數大於4時,使用渦噴/衝壓噴氣/超燃衝壓噴氣混合發動機是一個較好的方案。②接受高強度激波的挑戰。風洞試驗初步表明,馬赫數為5~6時,巡航升阻比在5.5~6.0之間。採用乘波優化方案可進一步提高升阻比。③解決表面溫度問題。高超音速飛行會遇到惡劣的熱環境。作為一級入軌的太空梭X-30的表面溫度達到840~1 840℃,除需發展能長時間耐高溫的輕合金材料、非金屬複合材料外,突出的難點是結構和熱管,須考慮材料的熱膨脹係數問題,以免翹曲或裂縫。馬赫數大於5時,發動機構件需進行有效的冷卻。馬赫數接近15時,必須對機身結構的某些部分進行有效的冷卻。④解決雜訊和音爆問題。高超音速飛機投入使用會遇到比超音速飛機更為嚴重的雜訊和音爆問題,必須有效解決。

  高超音速飛機的研究工作和太空梭研究存在著緊密的聯繫。1994年終止的X-30飛機就是作為一級入軌的太空梭進行研究的。德國的桑格爾(sanger)則是作為二級入軌的太空梭的第一級被研究的。

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