超音速這個概念,對如今的時代而言已經不再新鮮了,早在20世紀中期,人類就已經實現了超音速飛行。
當時美利堅製造的x-1試驗飛機,在12800米的高空飛行時,速度達到了1278公裏/小時,馬赫數首次超過1.1,也就是1.1倍的音速,這是人類第一次突破音障的限製,成功宣告超音速飛行時代的到來。
雖然聲音在不同介質中的傳播速度並不一樣,但通常情況下的音速標準被定義為聲音在15攝氏度的空氣中傳播的速度,大約為每秒鍾340米,一小時約等於1225公裏。
想要超越音速並不容易,當飛機的飛行速度接近音速時,周圍空氣的流動態就會發生劇烈變化,產生激波或其它效應,使機身發生強烈震顫和升溫現象,這些現象對機身的強度提出了極高的要求,強度不足就有可能在突破音速的瞬間導致機身直接在空中解體。
不僅如此,飛行速度突破音速前,空氣還會對飛機造成極大的阻力,仿佛有一睹無形的牆橫在前方,這種現象被稱為音障,也是一直以來掣肘超音速飛行的主要難題。
經過幾十年的發展,能夠進行超音速飛行的戰鬥機已經很常見了,nasa研製的x-43a極音速試驗飛機甚至達到了7馬赫的可怕速度,但超音速飛行和超音速巡航卻是兩個截然不同的概念。
超音速飛行是指在開啟發動機加力的狀態下,飛行速度能夠短時間內超過音速,不過加力推進一旦開啟,油耗立刻就會飆升,極大地影響了戰鬥機的續航能力和作戰半徑,所以即便是具備超音速飛行能力的戰鬥機,通常也隻會在擺脫和追擊敵人時做短暫的超音速飛行。
而超音速巡航就不同了,單從“巡航”兩字就能看出來,指的是長時間維持超音速飛行的狀態,由於飛機能夠承載的油量總數有限,這就要求超音速巡航時的油耗一定要大大降低,否則必然無法維持長時間的超音速飛行。
想要實現這個目標,航空發動機的問題倒是不大,但戰鬥機並不僅僅隻是為了飛行,還需要執行各種作戰任務,這就對外形以及製造材料提出了極高的要求,在這個超音速戰機遍地都是的年代,美利堅的f22仍舊是現役唯一一款具備超音速巡航能力的戰鬥機,攜帶的油量足以在1.7馬赫的速度下持續飛行半小時左右。
相比執行作戰任務的戰鬥機而言,能夠進行超音速巡航的客機研發起來要更容易一些,雖然客機的體積更加龐大,但同時能夠攜帶的油量也要遠遠超過戰鬥機,無需掛載武器等外設的特點,也讓客機的外形更容易貼合超音速巡航的需求。
20世紀70年代,法蘭西和英格蘭就曾製造出了協和式客機,在法蘭西的圖盧茲上空進行了首次飛行測試,幾年後成功投入商業化運營。
相比普通客機而言,協和式客機的外形非常引人注目,並不像普通客機那樣使用後掠機翼,而是使用了相當奇怪的三角翼,機身也極為細長,這種設計旨在將飛行時的空氣阻力降到最低,油箱係統也改為縱向設計,能夠更好地適應高速飛行的狀態。
為了避免細長的機頭在起降時擋住飛行員的視線,協和式客機在設計的時候故意讓機頭下垂,就像鳥喙一樣,在當時來說,這種設計可謂是相當具有創意。
不過為了達到超音速巡航的目的,協和式客機的體積並不能做的太大,最多隻能載客100名,雖然一次可攜帶超過95噸燃油,但是進入超音速巡航狀態後,每小時就要消耗超過20噸燃油,單次飛行時間差不多在4小時左右。
所以協和式客機在超音速巡航的時候盡管能達到2.2馬赫的速度,但航程距離卻有些短,僅僅隻有6230公裏,不過當時這個缺點對於協和式客機而言,並沒有引起足夠的重視,因為製造協和式客機的目的就在於打破時速限製,成倍的縮短旅行時間。
以倫敦到紐約為例,波音和空客的客機需要飛行6-7小時,而協和式客機隻需要3小時,區別隻是票價貴了2倍左右,單程票就高達9000美金,對於普通人而言,確實是一筆相當不菲的開銷。
雖然超音速旅行的快捷讓人垂涎三尺,但是昂貴的票價卻極大地限製了客戶群體,主要原因還是因為協和式客機的高製造成本以及高油耗,這個缺點即使是到今天都沒有任何解決方案,讓許多航空公司都對協和式客機敬而遠之。
除了高票價、載客少等缺點外,影響協和式客機發展的真正致命缺點,還是出在超音速巡航方麵。
物體運動速度接近音速時,會有一股強大的阻力出現,這種現象通常被稱為音障,當物體運動速度突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播開來,使得壓縮空氣逐漸在物體的迎風麵積累,形成激波麵的同時也匯聚了高度集中的聲學能量。
當這些聲學能量隨著空氣傳播進入耳朵的時候,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,這就是音爆!
音爆蘊含著巨大的能量,戰鬥機在做低空超音速飛行的時候,產生的音爆足以震碎門窗玻璃,協和式客機雖然飛行在16000米左右的高空,但其以2.2馬赫的速度進行超音速巡航,製造的音爆對地麵產生的壓強高達100帕,相當於給1平米的麵積施加了10公斤的力。
如果將壓強換算成更直觀的聲強,100帕的壓強大約相當於130分貝,長期接受70分貝左右的聲音,就會導致心肌梗死的發病率增加30%,當聲音強度超過110分貝,就有可能導致永久性的聽力損傷!
超音速飛行產生的音爆強弱,以及對地麵造成的影響大小,和飛機的飛行高度有直接的關係,空氣產生的激波在本質上和水波一樣,距離越遠波的強度也就越弱,隨著飛行高度的增加,這種影響會越來越弱,當超過一定的高度後,地麵基本不會受到影響,但協和式客機的飛行高度並沒有達到這個限度。
正是因為如此,許多國家禁止協和式客機在自己領空進行超音速飛行,導致協和式客機隻能被迫在海上飛行,這樣一來便導致可選擇的飛行路線大大減少,無論是對乘客還是航空公司而言,都非常不方便。
種種無法避免的缺點,最終導致協和式客機徹底退出市場,從此天空不再有超音速客機的身影,沒想到龐巴迪居然再度成功製造出了能夠進行超音速巡航的私人飛機。
“你們已經解決了高空音爆擾民的問題?”想到這裏,牧楓有些好奇地問道。
羅伯遜?沃克和希丁克相視一笑,拍拍胸口下了保證書:“這點牧先生盡管放心,環球快車9000絕對可以通行全球所有國家的領空,不會重複協和式客機的悲劇!”
當時美利堅製造的x-1試驗飛機,在12800米的高空飛行時,速度達到了1278公裏/小時,馬赫數首次超過1.1,也就是1.1倍的音速,這是人類第一次突破音障的限製,成功宣告超音速飛行時代的到來。
雖然聲音在不同介質中的傳播速度並不一樣,但通常情況下的音速標準被定義為聲音在15攝氏度的空氣中傳播的速度,大約為每秒鍾340米,一小時約等於1225公裏。
想要超越音速並不容易,當飛機的飛行速度接近音速時,周圍空氣的流動態就會發生劇烈變化,產生激波或其它效應,使機身發生強烈震顫和升溫現象,這些現象對機身的強度提出了極高的要求,強度不足就有可能在突破音速的瞬間導致機身直接在空中解體。
不僅如此,飛行速度突破音速前,空氣還會對飛機造成極大的阻力,仿佛有一睹無形的牆橫在前方,這種現象被稱為音障,也是一直以來掣肘超音速飛行的主要難題。
經過幾十年的發展,能夠進行超音速飛行的戰鬥機已經很常見了,nasa研製的x-43a極音速試驗飛機甚至達到了7馬赫的可怕速度,但超音速飛行和超音速巡航卻是兩個截然不同的概念。
超音速飛行是指在開啟發動機加力的狀態下,飛行速度能夠短時間內超過音速,不過加力推進一旦開啟,油耗立刻就會飆升,極大地影響了戰鬥機的續航能力和作戰半徑,所以即便是具備超音速飛行能力的戰鬥機,通常也隻會在擺脫和追擊敵人時做短暫的超音速飛行。
而超音速巡航就不同了,單從“巡航”兩字就能看出來,指的是長時間維持超音速飛行的狀態,由於飛機能夠承載的油量總數有限,這就要求超音速巡航時的油耗一定要大大降低,否則必然無法維持長時間的超音速飛行。
想要實現這個目標,航空發動機的問題倒是不大,但戰鬥機並不僅僅隻是為了飛行,還需要執行各種作戰任務,這就對外形以及製造材料提出了極高的要求,在這個超音速戰機遍地都是的年代,美利堅的f22仍舊是現役唯一一款具備超音速巡航能力的戰鬥機,攜帶的油量足以在1.7馬赫的速度下持續飛行半小時左右。
相比執行作戰任務的戰鬥機而言,能夠進行超音速巡航的客機研發起來要更容易一些,雖然客機的體積更加龐大,但同時能夠攜帶的油量也要遠遠超過戰鬥機,無需掛載武器等外設的特點,也讓客機的外形更容易貼合超音速巡航的需求。
20世紀70年代,法蘭西和英格蘭就曾製造出了協和式客機,在法蘭西的圖盧茲上空進行了首次飛行測試,幾年後成功投入商業化運營。
相比普通客機而言,協和式客機的外形非常引人注目,並不像普通客機那樣使用後掠機翼,而是使用了相當奇怪的三角翼,機身也極為細長,這種設計旨在將飛行時的空氣阻力降到最低,油箱係統也改為縱向設計,能夠更好地適應高速飛行的狀態。
為了避免細長的機頭在起降時擋住飛行員的視線,協和式客機在設計的時候故意讓機頭下垂,就像鳥喙一樣,在當時來說,這種設計可謂是相當具有創意。
不過為了達到超音速巡航的目的,協和式客機的體積並不能做的太大,最多隻能載客100名,雖然一次可攜帶超過95噸燃油,但是進入超音速巡航狀態後,每小時就要消耗超過20噸燃油,單次飛行時間差不多在4小時左右。
所以協和式客機在超音速巡航的時候盡管能達到2.2馬赫的速度,但航程距離卻有些短,僅僅隻有6230公裏,不過當時這個缺點對於協和式客機而言,並沒有引起足夠的重視,因為製造協和式客機的目的就在於打破時速限製,成倍的縮短旅行時間。
以倫敦到紐約為例,波音和空客的客機需要飛行6-7小時,而協和式客機隻需要3小時,區別隻是票價貴了2倍左右,單程票就高達9000美金,對於普通人而言,確實是一筆相當不菲的開銷。
雖然超音速旅行的快捷讓人垂涎三尺,但是昂貴的票價卻極大地限製了客戶群體,主要原因還是因為協和式客機的高製造成本以及高油耗,這個缺點即使是到今天都沒有任何解決方案,讓許多航空公司都對協和式客機敬而遠之。
除了高票價、載客少等缺點外,影響協和式客機發展的真正致命缺點,還是出在超音速巡航方麵。
物體運動速度接近音速時,會有一股強大的阻力出現,這種現象通常被稱為音障,當物體運動速度突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播開來,使得壓縮空氣逐漸在物體的迎風麵積累,形成激波麵的同時也匯聚了高度集中的聲學能量。
當這些聲學能量隨著空氣傳播進入耳朵的時候,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,這就是音爆!
音爆蘊含著巨大的能量,戰鬥機在做低空超音速飛行的時候,產生的音爆足以震碎門窗玻璃,協和式客機雖然飛行在16000米左右的高空,但其以2.2馬赫的速度進行超音速巡航,製造的音爆對地麵產生的壓強高達100帕,相當於給1平米的麵積施加了10公斤的力。
如果將壓強換算成更直觀的聲強,100帕的壓強大約相當於130分貝,長期接受70分貝左右的聲音,就會導致心肌梗死的發病率增加30%,當聲音強度超過110分貝,就有可能導致永久性的聽力損傷!
超音速飛行產生的音爆強弱,以及對地麵造成的影響大小,和飛機的飛行高度有直接的關係,空氣產生的激波在本質上和水波一樣,距離越遠波的強度也就越弱,隨著飛行高度的增加,這種影響會越來越弱,當超過一定的高度後,地麵基本不會受到影響,但協和式客機的飛行高度並沒有達到這個限度。
正是因為如此,許多國家禁止協和式客機在自己領空進行超音速飛行,導致協和式客機隻能被迫在海上飛行,這樣一來便導致可選擇的飛行路線大大減少,無論是對乘客還是航空公司而言,都非常不方便。
種種無法避免的缺點,最終導致協和式客機徹底退出市場,從此天空不再有超音速客機的身影,沒想到龐巴迪居然再度成功製造出了能夠進行超音速巡航的私人飛機。
“你們已經解決了高空音爆擾民的問題?”想到這裏,牧楓有些好奇地問道。
羅伯遜?沃克和希丁克相視一笑,拍拍胸口下了保證書:“這點牧先生盡管放心,環球快車9000絕對可以通行全球所有國家的領空,不會重複協和式客機的悲劇!”