簡介超音速飛機
第一代超音速客機
當1947年10月14日美國空軍葉格上尉駕駛X-1成功地超越音速之後20年,民航機的發展才剛要邁入超音速時代。
那時世界強國紛紛進行超音速計畫:蘇聯搶先於1968年底讓世界首架超音速客機TU-144升空﹔英、法兩國合製的協和號客機也在隔年初完成處女航﹔至於美國方面,儘管甘迺迪總統全力支持SST (Super Sonic Transport,超音速客機)計畫,並在1966年底選定波音和奇異公司為合約商。但因國會的反對聲浪極大,1971年中,尼克森總統基於經濟和環保考量,宣佈取消發展SST。
由於第一代超音速客機耗油量過大,且帶來了噪音和音爆等公害問題,引起一般民眾反感,使當初興趣濃厚的航空公司紛紛打退堂鼓,所以最成功的協和號客機僅僅製造16架便因訂單不足而告停產,現今只有不到10架的協和號還在寥寥幾條航線上服役。蘇聯的TU-144曾在1973年巴黎航空展失事墜毀,所以1977年後終止飛航的因素,除了與協和號一樣面臨耗油和環保困擾外,可能還隱含著安全問題。
第二代超音速客機(HSCT)
特色:
1. 把目前的越洋飛行時間縮短至40∼50%。波音747的巡航速度為0.84馬赫,HSCT則是2.4馬赫,兩者約為1:3,這意味著HSCT僅需1/3的時間就可完成波音747的旅程﹔實際上加入起降與爬升的時間損耗後,HSCT也費不到1/2的時間。
2. 能將250∼300位乘客載送至6500海浬外的地方。這樣的運輸量雖然不能和波音747-400的400位、7300海浬相比,但兩者的市場訴求完全不同;航空公司訂購HSCT的目的是服務想快速到達遠處的旅客,這並不是波音747可以提供的。反過來看協和號,她只能搭載100位乘客飛行3500海浬,根本無法與同性質的HSCT相抗衡。而且波音公司也為HSCT預留發展空間,藉由氣動力外形、推進系統和結構技術的更新,將有足夠的潛力來提高載客量或最大航程。
3. 可在現有機場起降,不必另行開闢專用機場。一般人往往不知道機場條件對民航機設計工作的影響有多麼重大!其實──跑道土質的荷重強度是飛機最大起飛重量的上限,跑道長度是飛機高升力裝置和失速速度的設計關鍵,翼展長短要考量機坪寬度……。NASP的潛在問題便是許多機場跑道可能不夠長,而無法供其起降之用,必須再興建新機場或擴建舊機場。但現在各國力倡環保,不論是擴建或新建都會造成相當大的民意阻力,其結局將是協和號慘淡經營的歷史重演。而HSCT在設計過程中已先訂下基本限制,如:最大起飛重量不得超過408600公斤(900000磅)左右、所需跑道最長約為3350公尺(11000呎),這都表示波音公司決定排除萬難,使HSCT能在大部分的現有國際機場起降。
1.
大半航程是以2.4馬赫在18000公尺(60000呎)高空飛行。設計HSCT時曾提出多種構型,從2.4馬赫至10馬赫都有,而在考量旅程時間效益、技術風險、系統複雜度、環保因素以及發展時程長短之後,初步認為2.4馬赫構型是最適合的方案。由於與空氣高速摩擦,機身外層的溫度相當高,若以鋁來製造HSCT,必然無法承受長期高溫而宣告燒燬,所以選擇鈦合金為主要材料。也許您會懷疑:鈦那麼重,為何不用複合材料呢?關鍵因素在於現有的複材比不上鈦來得耐熱,不過許多研究單位正進行耐熱複材的開發工作,如果情況令人滿意(製造成本、可靠度),也許能及時為HSCT換新裝。另外,先進的合金材料或是複材與金屬的混合體也可列入考慮。
2. 所用發動機的單具靜推力為13500∼18000牛頓(60000∼80000磅),並將在翼下裝設4具。發動機可能為渦輪噴射、渦輪風扇型或可變循環型(前兩者綜合),而非衝壓發動機或者火箭。這種超大推力、技術先進(例如稍後所述的兩段式燃燒法)的發動機,不僅對負責進氣道設計、發動機本體或控油器等相關附件的航太製造商構成一大挑戰,其結果也必然會對未來推進系統的發展工作造成深遠的影響。