超音速的飞行速度离不开冲压喷气发动机的发明,以航空煤油为燃料,推进速度为2到5马赫,从而实现超音速飞行 。
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超音速飞机突破音障
当飞行速度高于2.5马赫时,由于机身与空气的高速剧烈摩擦会使机身表面温度急剧升高,因此在马赫数高于2.5马赫之后的飞行器都要采用耐热合金结构材料进行防热处理;
当飞行的马赫数达到6,会因为速度过高,压力减小而造成黑视和眩晕,危害到飞行员的人身安全,因此,飞行员进行超音速飞行时必须穿戴特制压力服 。
而人类的超音速飞行史最早可以追溯到上个世纪中期,美国军用领域试验了世界上首款飞行速度超过6马赫的X-15超音速飞机,时速相当于是每小时七千公里 。
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X-15超音速飞机
二战期间,许多战斗机在加速俯冲时速度一旦达到0.9马赫接近音速时,就会感受到强烈的音障:通常,此时机体周围的流动态会发生激波和剧烈的干扰阻力,导致机身抖动失控甚至当场解体 。
在二战之中许多飞机就丧生于音障 。直到二战后喷气式飞机的出现,为突破音障实现超音速飞行带来可能性 。
英国最先对超音速飞行展开研究,最初目标最快仅仅是能达到1.6马赫,但因为音障的存在导致许多飞机失事遇难,于是因为太过危险终止了这一超音速飞行的研究 。
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战斗机在空中解体
后来美国也对此以火箭发动力为核心展开了研究,用X-1以1.1015马赫完成了人类首次突破音障的超音速飞行,发现了只要突破1马赫就不会有音障的存在 。
由此,人类在超音速飞行上的道路一去不复返,先后完成了两倍音速,甚至六倍、二十五倍音速的超音速飞行 。为了突破音障的阻碍,目前超音速飞机通常采用后倾斜角度的机翼设计 。
并且超音速飞行通常具备纵向静稳定性增大和飞机阻尼随马赫数增大而减小的特点,使得飞机受干扰的可能性大大减少 。但是因为超音速飞行对于机身材料的极大考验,目前最常见的超音速飞行器飞行速度通常保持在2-3马赫 。
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人类想象中的超音速飞行器
超音速飞行器的应用那么,超音速如此之快,究竟有什么用呢?通常情况下,超音速飞行领域分为超音速飞机、超音速导弹 。目前主要用于军事领域的各类飞行战斗机 。
随着隐形战机的出现,超音速巡航概念也横空出世 。相比超音速飞行,超音速巡航要求的飞行时间更长,而半个小时就是超音速飞行和超音速巡航的分水岭 。
超音速武器,目前作为军事领域的一大杀伤武器,速度是决定胜负的最为关键的一道门槛 。拥有超音速巡航能力的战斗机在空中作战中能拥有更大的优势和反制空间 。
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人类在超音速导弹方面有了不错的成就
且其能减少被红外探测监视并发现的可能性,军事作用极其显著 。而超音速导弹则能够在最快的时间内达到打击敌方的目的,用速度决定成败 。
因此,各个国家在军事方面都致力于超音速武器的研究 。除了象征科技天花板之一的军事领域,有很多人们也在向往着民用超音速飞行器的到来 。
但目前民用超音速客机的发展还有着很大的阻碍,因为客机的根本性质还是盈利,在要求盈利的同时还要具有足够的安全性能 。
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人类正在尝试着研究超音速客机
而需要一些门槛的超音速飞行技术应用在体积庞大的客机上未尝不是一个难题,如何保证大客机在突破音障时具有绝对的安全性,以及如何保持大客机能维持长时间的超音速飞行 。
这对于小型战斗机来说都不是一个完全能解决的问题,更何况放在承载量和体型都极大的客机上?因此,超音速客机的制造成本就远远高出普通客机 。
其超音速发动机所需的燃油也远比普通客机的成本要高,如果折算成票价,这对于普通乘客来说也许并不是一件划算的事情,航空公司也难以盈利 。所以,目前超音速飞行在民用领域的应用还需要时间 。
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