在所有的人造飛行器當中,最快的速度能夠達到多快?
空氣當中飛的最快的飛行器是美國正在研制的X43A飛機,它在壹次試飛時速度達到9點8馬赫,也就是11265公裏每小時。
飛向遙遠冥王星的美國“新地平線”號探測器是人類歷史上速度最快的探測器。也許是因為要飛到最遠,“新地平線”號的起飛速度將達每小時5.79萬公裏。也就是說,壹秒鐘就飛越16公裏。
1994年11月,鑒於經費緊張,美國政府取消了航空航天局耗資龐大的國家天空飛機計劃,研制中的X-30試驗機被迫下馬。順應航空航天局新提出的“更好、更快、更廉價”的航空航天戰略,Hyper-X計劃項目孕育而生,它研究的核心內容為X-43試驗飛機。
X-43A同下馬的X-30有人駕駛單級入軌NASP飛機不僅外型相仿,而且所要試驗的發動機方案也相同,它們均為與機身壹體化的超音速燃燒沖壓發動機。X-43A的前機體設計成能產生激波的形狀,以對進入超音速燃燒沖壓發動機進氣道(安裝在機體下方)的空氣進行壓縮。X-43A試驗飛機擁有先進的扁平小巧的機身,機身長3.6米,翼展1.5米,重量約為1噸。在X-43A研究眾多的目的中,驗證同機身壹體化的沖壓發動機/超音速燃燒沖壓發動機名列榜首,其次為空氣動力學數據的開發、設計工具的驗證和吸氣高超音速飛行器的多種方式。
高超音速飛機采用的是超音速燃燒沖壓發動機,它類屬於沖壓發動機。沖壓發動機的原理由法國人雷恩?洛蘭於1913年提出,1939年首次被德國用於V-1飛彈上。沖壓發動機由進氣道、燃燒室、推進噴管三部分組成,它比渦輪噴氣發動機簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進入發動機後減速、提高靜壓的過程。該過程不需要高速旋轉的、復雜的壓氣機。高速氣流經擴張減速,氣壓和溫度升高後,進入燃燒室與燃油混合燃燒,溫度為2000—2200℃,甚至更高,經膨脹加速,由噴口高速排出,產生推力。
超音速燃燒發動機同渦扇噴氣發動機存在不同。其實,它也有別於火箭發動機。雖然,多級火箭的速度極高,可達20多馬赫,但是它攜帶著全部的燃料,因而在相同體積的情況下,其有效負載低於安裝有超音速燃燒沖壓發動機的飛行器。
Hyper-X計劃的目標是為人類通向高超音速積累知識、樹立信心和完善技術。X-43A試飛成功,為進壹步研究采用吸氣超音速燃燒沖壓發動機的高超音速飛機打下了基礎。然而,高超音速何時能實際應用至今還是壹個未知數。無論今後進展快或慢,有壹點可以肯定,那就是盡管在今後20年內,美國航空航天局表面上講只是打算開發、測試和試飛高超音速技術,以支持開發未來重復使用的發射器和加強太空探索。但是,壹旦該發動機的技術成熟,它將有潛力用於其他目的。例如,攜帶(常規或核)武器實施同導彈相同的遠程攻擊任務,其將氧燃料的重量換成武器負荷的能力使得它具有更強打擊力;或者說,它小巧的體積更難讓對手捕捉到自己。
2010年以前,最大的吸氣高超音速試驗機X-43B將進行試飛。X-43B將采用渦輪發動機和吸氣超音速燃燒沖壓發動機的組合動力。這種發動機組合十分適合高超音速飛機,因為它可以自動調整推動力以使飛行達到最佳速度。當飛機的速度只有兩倍音速左右時,飛機借助渦扇噴氣發動機前進,這同普通飛機沒有兩樣;當飛機在以高超音速飛行時(5至15馬赫),它就開始利用吸氣超音速燃燒沖壓發動機推進。