NASA計劃重啟超音速「X飛機」項目:消除超音速飛行音爆

2021-01-10 網易手機

查克·耶格爾駕駛貝爾X-1飛機,成為了首位速度達到1馬赫的飛行員。

Vertijet飛機可以垂直起飛,然後像普通飛機那樣飛行。

電動的X-57飛機以詹姆斯?克拉克?麥克斯韋的名字命名,取名為「麥克斯韋」。

如今X飛機又捲土重來:NASA近日公布了一項最新的10年實驗項目,計劃研發更安靜、更環保、速度更快的飛機。其中有一款超音速飛機,它的噪聲極小,音爆的聲音就像鄰居用力關上汽車門的聲音那麼大。而這還僅僅是開始而已。

你可能會納悶,這些項目和NASA的太空探索任務到底有什麼關係。事實上,NASA的前身是NACA,即成立於20世紀早期的美國國家航空諮詢委員會(National Advisory Committee for Aeronautics)。

X項目啟動於二戰結束之後,那時NACA與美國空軍聯手,希望能打破音障。他們一起研發了貝爾X-1飛機,並於1947年在無人居住的南加州沙漠上空進行了試飛,飛行員查克?耶格爾(Chuck Yeager)成為了第一位速度達到1馬赫的人類。

在那之後的60年中,X項目繼續向前發展,創造了許多令人激動的飛機,打造了無數速度、高度和設計上的記錄,為下一代空中旅行鋪平了道路。

其中最令人震驚的飛機當屬X-13,即所謂的「Vertijet」,它能夠垂直起飛,像普通飛機一樣盤旋,然後再垂直降落在停機坪上。為了避免失速或失控,飛機上安裝了矢量推進系統,經過調整後可以在任意方向上為飛機提供動力。它的翼尖上還安裝了「火車頭」噴嘴,讓飛機可以翻滾。

還有X-31A,這是一款極為敏捷的軍用機,可以在空中實現180度大轉彎。其它飛機如果轉彎過急,往往會由於旋轉而失去控制,但X-31A卻可以上演這種令鳥兒都驚詫不已的空中雜技。

更不用提能夠吸收空氣的X-43A飛機了,它可以達到火箭般的飛行速度,而且不需要自己攜帶氧氣來點燃燃料。它可以在飛行時從大氣中吸收氧氣,從而減輕自身重量。它是世界上最快的飛機,藉助自己產生的衝擊波,它的飛行速度能夠達到音速的9倍(每小時7310英裡(約合11764公裡)。無人駕駛的X-51A飛機目前則持有超音速飛行的最長時間記錄。

在開展新項目時,NASA希望能把這些超高速飛行技術應用到商用噴氣機大小的超音速飛機上。只有一個問題:就像那些住在協和式飛機航線上的人曾抗議過的一樣,超音速飛機的噪音太大了。如果航線主要位於大西洋上方,那還好一點,但如果航線從陸地上穿過的話,就會受到人們的抱怨了。上世紀50和60年代,美國空軍在展開了一系列超音速飛機試飛活動之後,收到了大約4萬份索賠聲明。僅僅在1967年的三個月內,糾紛總額就達到了380萬美元。

在最新的「靜音超音速技術」(QueSST)項目中,NASA計劃消除超音速飛行產生的音爆現象。但他們要怎麼做到這一點呢?

要理解這一技術的原理,我們首先先要弄清超音速飛機噪聲的來源。在傳統飛機從空氣中穿過時,會產生氣壓波,就像船尾在水中產生的同心圓狀的波紋一樣。這些波會以聲速向前傳播,如果飛機的速度進一步增加,這些波紋來不及散開,就會堆積在一塊兒,最終合為一道貫穿飛機頭尾的衝擊波。

當耳部鼓膜受到的壓力發生變化時,就會聽到「音爆」,因此,一架飛機實際上會引發兩次爆炸聲,一次是由飛機前端的前激波產生的聲音,還有一次是尾部經過之後、壓力忽然回歸正常時產生的聲音。

近期在風洞中開展的研究顯示,通過改進飛機的形狀,我們或許能減小衝擊波對人耳的衝擊。NASA目前還沒有公布任何細節,但初步設計包括改掉目前飛機的鳥型設計(有機身和機翼),讓機翼融入到機身當中去(想一下黃貂魚,你就明白了)。

不僅如此,NASA還希望新型X噴氣機能夠走環保路線,把燃料消耗量減少到原來的一半,並讓排放量減少75%。本月公布的X-57飛機將是世界上首架僅靠電力驅動的飛機,其上裝有14臺由電池供能的發動機,利用可再生能源充電。這架飛機名叫「麥克斯韋」,取自於「現代物理之父」詹姆斯?克拉克?麥克斯韋(James Clerk Maxwell)的名字。

對於NASA而言,此次新研究項目是一個推進航空業發展的大好機遇。對於航空愛好者而言,這是一次傳統研究項目的復興,它已經讓人們浮想聯翩了幾十年之久。而對於我們其餘人而言——好吧,這只是讓我們的旅行變得更加便捷了一點而已。

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