超音速飞行器
超音速飞行器
2003年1月20日 - 2004年5月25日添加注释
来源：
http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ac/hypersoar.htm
FAS 指：美国科学家联合会
军事数据分析网络
标题：
超音速飞行器：一种具备无限航程的高超音速飞机
以下为艺术家概念图：
去掉多余部分，你就得到了“奥瑞拉”——那个“鸭子屁股”造型的飞机。
尺寸与B-52轰炸机相当，超音速飞行器是一种具备无限航程的侦察与攻击平台，同时也是一种可将有效载荷投送到全球任意地点的轰炸机。它以极高高度和速度飞行，使其立即脱离所有防御系统的打击范围。该飞机可完成任务后直接返回美国本土着陆，无需空中加油。该飞行器可作为无人驾驶飞行器运行，也可搭载飞行员和特殊设备。它能以约6700英里/小时（即12000公里/小时，马赫数10）的速度飞行，同时携带的有效载荷重量约为同等起飞重量的其他飞行器的两倍。超音速飞行器概念相比以往高超音速飞行器，热应力显著降低，解决了此前制约高超音速飞行器发展的“热障”难题。超音速飞行器将爬升至约13万英尺（55公里）的高空，并在接近地球大气层边缘的表面飞行时关闭发动机。随后重新启动使用空气作为氧化剂的发动机，使其再次跃入太空，如此反复，直至抵达目的地。它将像石子在水面上跳跃一般飞行。从美国中部飞往东亚（日本）的一次任务，将需要约25次这样的“跳跃”，全程仅需一个半小时。
在爬升和下降阶段，飞行器的迎角仅为5度。在加速阶段，机组人员将承受1.5G的加速度，而在轨迹的高点则处于失重状态。这种加速度非常温和，对民用航班乘客毫无不适感，同时也不会影响飞行器作为武器发射平台或轨道部署平台的性能。事实上，乘客在这些“跳跃”过程中的加速度感受，相当于婴儿被母亲轻轻摇晃时的感受，只是运动速度慢了约一百倍。尽管该项目的主要目标是开发一种民用运输方式（具备良好安全性），但其军事用途和轨道部署能力同样值得关注。在以往大多数高超音速飞行器构想中，通常采用火箭将飞行器送至太空边界，之后飞行器便仅靠滑翔返回目的地（此类飞行器的前身是著名的X-15）。另一些方案则设想使用喷气发动机将飞行器推出大气层。但所有这些方案都面临一个共同难题：在气动驻点和前缘区域，空气温度急剧升高。而超音速飞行器因大部分时间处于地球大气层外，所承受的热应力更小。根据超音速飞行器的设计理念，飞行器在大气层内停留期间所积累的热量，可在进入“太空的冷寂”时部分消散：
- 注释 JPP：所谓“太空的冷寂”是相对的。在大气层外，没有通过传导散热的机制，唯一可能的散热方式是辐射。在极高海拔处，太空实际上“很热”（可达2500°C），但极其稀薄，传导作用几乎为零。*
超音速飞行器系统采用空气-燃料燃烧发动机。以往大多数高超音速飞行器项目均基于火箭推进，从未考虑过如此高速度或“跳跃式”飞行。使用空气作为氧化剂的发动机，其效率远高于火箭发动机。此外，超音速飞行器仅在需要加速时使用其推进系统，而非用于巡航，这将简化系统设计并降低技术风险。波浪滑行器（Waverider）的设计特点是，其在特定马赫数下的激波完全附着于机翼前缘。这种构型在激波与机翼表面所围成的有限空间内形成高压区，从而产生大升力和相对较低的波阻，即具有很高的升阻比。波浪滑行器还能为超音速燃烧冲压发动机（Scramjet）提供均匀的进气流。
- 注释 JPP：超音速飞行器所宣称的性能接近“奥瑞拉”飞行器。我此前在书中已提及的另一种构想，即“跳跃式飞行”。但本文随后开始出现误导性信息：作者暗示推进方式为“冲压发动机”，却完全忽略磁流体动力学（MHD）技术的存在：*
这种波浪滑行器与冲压发动机的结合，有助于缩短发动机长度并减轻重量，这在冲压发动机设计中是一个关键目标。对于这款美国航天飞机，所选燃料为液氢，它具有高比冲、高燃烧速度，并能作为高效的吸热介质。在被送入燃烧室之前，液氢会先流经飞行器中承受高温应力的各个部位。超音速飞行器系统已由美国劳伦斯利弗莫尔实验室（加利福尼亚州）与美国空军及多个政府机构合作研究多年。劳伦斯利弗莫尔实验室还与马里兰大学合作，优化飞行器的外形与飞行轨迹。超音速飞行器系统的潜在应用还包括将载荷送入轨道。研究显示，轨道部署成本有望降低一半（我完全同意这一观点）。作为民用运输工具，该飞行器可在两小时内连接地球上的任意两点（即相距可达20000公里）。
不同飞行器的可飞行距离与有效载荷对比
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