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第370章超音速巡航

超音速这个概念,对如今的时代而言已经不再新鲜了,早在20世纪中期,人类就已经实现了超音速飞行。

当时美利坚制造的X-1试验飞机,在12800米的高空飞行时,速度达到了1278公里/小时,马赫数首次超过1.1,也就是1.1倍的音速,这是人类第一次突破音障的限制,成功宣告超音速飞行时代的到来。

虽然声音在不同介质中的传播速度并不一样,但通常情况下的音速标准被定义为声音在15摄氏度的空气中传播的速度,大约为每秒钟340米,一小时约等于1225公里。

想要超越音速并不容易,当飞机的飞行速度接近音速时,周围空气的流动态就会发生剧烈变化,产生激波或其它效应,使机身发生强烈震颤和升温现象,这些现象对机身的强度提出了极高的要求,强度不足就有可能在突破音速的瞬间导致机身直接在空中解体。

不仅如此,飞行速度突破音速前,空气还会对飞机造成极大的阻力,仿佛有一睹无形的墙横在前方,这种现象被称为音障,也是一直以来掣肘超音速飞行的主要难题。

经过几十年的发展,能够进行超音速飞行的战斗机已经很常见了,NASA研制的X-43A极音速试验飞机甚至达到了7马赫的可怕速度,但超音速飞行和超音速巡航却是两个截然不同的概念。

超音速飞行是指在开启发动机加力的状态下,飞行速度能够短时间内超过音速,不过加力推进一旦开启,油耗立刻就会飙升,极大地影响了战斗机的续航能力和作战半径,所以即便是具备超音速飞行能力的战斗机,通常也只会在摆脱和追击敌人时做短暂的超音速飞行。

而超音速巡航就不同了,单从“巡航”两字就能看出来,指的是长时间维持超音速飞行的状态,由于飞机能够承载的油量总数有限,这就要求超音速巡航时的油耗一定要大大降低,否则必然无法维持长时间的超音速飞行。

想要实现这个目标,航空发动机的问题倒是不大,但战斗机并不仅仅只是为了飞行,还需要执行各种作战任务,这就对外形以及制造材料提出了极高的要求,在这个超音速战机遍地都是的年代,美利坚的F22仍旧是现役唯一一款具备超音速巡航能力的战斗机,携带的油量足以在1.7马赫的速度下持续飞行半小时左右。

相比执行作战任务的战斗机而言,能够进行超音速巡航的客机研发起来要更容易一些,虽然客机的体积更加庞大,但同时能够携带的油量也要远远超过战斗机,无需挂载武器等外设的特点,也让客机的外形更容易贴合超音速巡航的需求。

20世纪70年代,法兰西和英格兰就曾制造出了协和式客机,在法兰西的图卢兹上空进行了首次飞行测试,几年后成功投入商业化运营。

相比普通客机而言,协和式客机的外形非常引人注目,并不像普通客机那样使用后掠机翼,而是使用了相当奇怪的三角翼,机身也极为细长,这种设计旨在将飞行时的空气阻力降到最低,油箱系统也改为纵向设计,能够更好地适应高速飞行的状态。

为了避免细长的机头在起降时挡住飞行员的视线,协和式客机在设计的时候故意让机头下垂,就像鸟喙一样,在当时来说,这种设计可谓是相当具有创意。

不过为了达到超音速巡航的目的,协和式客机的体积并不能做的太大,最多只能载客100名,虽然一次可携带超过95吨燃油,但是进入超音速巡航状态后,每小时就要消耗超过20吨燃油,单次飞行时间差不多在4小时左右。

所以协和式客机在超音速巡航的时候尽管能达到2.2马赫的速度,但航程距离却有些短,仅仅只有6230公里,不过当时这个缺点对于协和式客机而言,并没有引起足够的重视,因为制造协和式客机的目的就在于打破时速限制,成倍的缩短旅行时间。

以伦敦到纽约为例,波音和空客的客机需要飞行6-7小时,而协和式客机只需要3小时,区别只是票价贵了2倍左右,单程票就高达9000美金,对于普通人而言,确实是一笔相当不菲的开销。

虽然超音速旅行的快捷让人垂涎三尺,但是昂贵的票价却极大地限制了客户群体,主要原因还是因为协和式客机的高制造成本以及高油耗,这个缺点即使是到今天都没有任何解决方案,让许多航空公司都对协和式客机敬而远之。

除了高票价、载客少等缺点外,影响协和式客机发展的真正致命缺点,还是出在超音速巡航方面。

物体运动速度接近音速时,会有一股强大的阻力出现,这种现象通常被称为音障,当物体运动速度突破音障时,由于物体本身对空气的压缩无法迅速传播开来,使得压缩空气逐渐在物体的迎风面积累,形成激波面的同时也汇聚了高度集中的声学能量。

当这些声学能量随着空气传播进入耳朵的时候,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声,这就是音爆!

音爆蕴含着巨大的能量,战斗机在做低空超音速飞行的时候,产生的音爆足以震碎门窗玻璃,协和式客机虽然飞行在16000米左右的高空,但其以2.2马赫的速度进行超音速巡航,制造的音爆对地面产生的压强高达100帕,相当于给1平米的面积施加了10公斤的力。

如果将压强换算成更直观的声强,100帕的压强大约相当于130分贝,长期接受70分贝左右的声音,就会导致心肌梗死的发病率增加30%,当声音强度超过110分贝,就有可能导致永久性的听力损伤!

超音速飞行产生的音爆强弱,以及对地面造成的影响大小,和飞机的飞行高度有直接的关系,空气产生的激波在本质上和水波一样,距离越远波的强度也就越弱,随着飞行高度的增加,这种影响会越来越弱,当超过一定的高度后,地面基本不会受到影响,但协和式客机的飞行高度并没有达到这个限度。

正是因为如此,许多国家禁止协和式客机在自己领空进行超音速飞行,导致协和式客机只能被迫在海上飞行,这样一来便导致可选择的飞行路线大大减少,无论是对乘客还是航空公司而言,都非常不方便。

种种无法避免的缺点,最终导致协和式客机彻底退出市场,从此天空不再有超音速客机的身影,没想到庞巴迪居然再度成功制造出了能够进行超音速巡航的私人飞机。

“你们已经解决了高空音爆扰民的问题?”想到这里,牧枫有些好奇地问道。

罗伯逊?沃克和希丁克相视一笑,拍拍胸口下了保证书:“这点牧先生尽管放心,环球快车9000绝对可以通行全球所有国家的领空,不会重复协和式客机的悲剧!”

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