Hyper－X也就是高超音速試驗。
基本介紹
- 中文名：高超音速實驗
- 外文名：Hyper-X
- 音速：音速約為每秒鐘340米
- 代表：”美國航空航天局第43種試驗飛機
- 超音速：速度在1至5馬赫間
目標,相關知識,
目標
Hyper-X計畫的目標是為人類通向空天飛機積累知識、樹立信心和完善技術。
相關知識
其中以“X－43”美國航空航天局第43種試驗飛機為代表。X－43有3種型號，它們分別是X－43A、X－43B和X－43C。
高超音速飛機怎樣試飛？
3月27日，太平洋標準時間中午12時40分，一架B－52轟炸機攜帶“包裹”著X－43A試驗機的“飛馬”火箭離開地面。經過1個多小時的飛行，於下午2時在離太平洋海面大約12000米的高空投下了“飛馬”火箭，這個高度為“飛馬”火箭的正常發射高度，有助於減少火箭控制表面承受的大氣載荷。隨即，火箭點火爬升到大約28500米的高空。這時，X－43A從火箭中分離出來，依靠自身的超音速燃燒衝壓發動機工作了大約10秒鐘，最高時速達到8000公里，相當於7馬赫。這一速度遠遠超過了美國高空偵察機“SR－71”（俗稱“黑鳥”）於1964年創下的3.2馬赫的紀錄，同時也超過了美國航空航天局採用火箭助推的X－15試驗機的最高速度6.7馬赫。此後，發動機停止工作，X－43A在空中自由滑行約6分鐘後，按預定計畫墜入加利福尼亞州附近的太平洋海域。
高超音速飛機什麼樣？
1994年11月，鑒於經費緊張，美國政府取消了航空航天局耗資龐大的國家天空飛機計畫，研製中的X－30試驗機被迫下馬。順應航空航天局新提出的“更好、更快、更廉價”的航空航天戰略，Hyper－X計畫項目孕育而生，它研究的核心內容為X－43試驗飛機“Hyper”代表“高超音速”；“X”代表“試驗”。“Hyper－X”表示的是“高超音速試驗”，而“X－43”表示的是美國航空航天局第43種試驗飛機。X－43有3種型號，它們分別是X－43A、X－43B和X－43C。除X－43A進行了兩次試飛外，其他兩種還在研製過程中。
X－43A同下馬的X－30有人駕駛單級入軌NASP飛機不僅外型相仿，而且所要試驗的發動機方案也相同，它們均為與機身一體化的超音速燃燒衝壓發動機。X－43A的前機體設計成能產生激波的形狀，以對進入超音速燃燒衝壓發動機進氣道（安裝在機體下方）的空氣進行壓縮。X－43A試驗飛機擁有先進的扁平小巧的機身，機身長3.6米，翼展1.5米，重量約為1噸。在X－43A研究眾多的目的中，驗證同機身一體化的衝壓發動機/超音速燃燒衝壓發動機名列榜首，其次為空氣動力學數據的開發、設計工具的驗證和吸氣高超音速飛行器的多種方式。
為何要藉助B－52轟炸機？
高超音速飛行X－43A採用的是高超音速衝壓發動機。該發動機的燃料為飛機上攜帶的液態氫，助燃劑（氧化劑）為空氣中的氧。顯然，在靜止狀態下，高超音速衝壓發動機無法獲得足夠的氧，因此X－43A飛機不能像戰鬥機或民航客機那樣靠自身的動力自行從地面起飛。只能藉助B－52型轟炸機和“飛馬”助推火箭。
強大推力靠什麼產生？
飛行速度達到7馬赫，新的記錄誕生了！其最為重要的原因是超音速燃燒衝壓發動機產生的強大推力。
高超音速飛機採用的是超音速燃燒衝壓發動機，它類屬於衝壓發動機。衝壓發動機的原理由法國人雷恩?洛蘭於1913年提出，1939年首次被德國用於V－1飛彈上。衝壓發動機由進氣道、燃燒室、推進噴管三部分組成，它比渦輪噴氣發動機簡單得多。衝壓是利用迎面氣流進入發動機後減速、提高靜壓的過程。該過程不需要高速旋轉的、複雜的壓氣機。高速氣流經擴張減速，氣壓和溫度升高后，進入燃燒室與燃油混合燃燒，溫度為2000—2200℃，甚至更高，經膨脹加速，由噴口高速排出，產生推力。
衝壓噴氣發動機分為亞音速、超音速、超音速燃燒（或高超音速）三類。亞音速衝壓發動機以航空煤油為燃料，採用擴散形進氣道和收斂形噴管，飛行時增壓比不超過1.89。速度在小於0.5馬赫時一般無法工作。超音速衝壓發動機採用超音速進氣道，燃燒室入口為亞音速氣流，採用收斂形或收斂擴散形噴管。用航空煤油或烴類作為燃料。推進速度為2至5馬赫，可用於超音速靶機和地對空飛彈。超音速燃燒（高超音速）發動機是一種使用碳氫燃料或液氫燃料新穎的發動機，空氣在發動機內的流速始終保持為超音速，飛行速度高達5至16馬赫。
與噴氣發動機有何不同？
今天噴氣式飛機使用的最普通的噴氣發動機是渦扇噴氣發動機。帶有外涵道的噴氣發動機的早期設計出20世紀30年代。40和50年代，人們對早期的渦扇發動機進行了試驗。然而，由於對風扇葉片設計製造的要求非常高，因此直到60年代，人們才得以製造出符合渦扇發動機要求的風扇葉片，從而揭開了渦扇發動機實用化的階段。渦扇噴氣發動機由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，發動機利用氣壓機先對進入發動機的空氣進行壓縮，壓縮的空氣和燃料混合併被點燃，隨後氣體爆炸推動飛機前進，後面的渦扇和前面的壓縮機處在同一根軸承上。
超音速燃燒發動機同渦扇噴氣發動機存在不同。其實，它也有別於火箭發動機。雖然，多級火箭的速度極高，可達20多馬赫，但是它攜帶著全部的燃料，因而在相同體積的情況下，其有效負載低於安裝有超音速燃燒衝壓發動機的飛行器。
為何進行高超音速試驗？
此項試驗重要目的在於演示與機身一體化的吸氣超高音速衝壓發動機技術。採用該技術的發動機在工作時，所需要的、同液態氫進行燃燒的氧氣來自大氣層中的空氣，而不是飛機或飛行器自身攜帶的液態氧。吸氣超高音速衝壓發動機技術被認為在未來將廣泛用於高超音速飛機和重複使用的發射器。其原因是這些飛行器在使用吸氣超高音速衝壓發動機後，由於免除了液態氧的位置和重量，因而能夠提高有效負載量或減小自身體積。
Hyper-X計畫的目標是為人類通向高超音速積累知識、樹立信心和完善技術。X-43A試飛成功，為進一步研究採用吸氣超音速燃燒衝壓發動機的高超音速飛機打下了基礎。然而，高超音速何時能實際套用至今還是一個未知數。無論今後進展快或慢，有一點可以肯定，那就是儘管在今後20年內，美國航空航天局表面上講只是打算開發、測試和試飛高超音速技術，以支持開發未來重複使用的發射器和加強太空探索。但是，一旦該發動機的技術成熟，它將有潛力用於其他目的。例如，攜帶（常規或核）武器實施同飛彈相同的遠程攻擊任務，其將氧燃料的重量換成武器負荷的能力使得它具有更強打擊力；或者說，它小巧的體積更難讓對手捕捉到自己。
首次試飛為什麼失敗？
根據原計畫，X－43A應在2000年1月至2001年9月內完成擬訂的3次試飛。但是，由於種種原因，特別是2001年6月的第一次試飛失敗，整個項目被迫推遲。在那次試飛中，“包裹”著X－43A的助推火箭在7000多米的空中由B－52型轟炸機放下後，雖然順利點火，但是不久就偏離航線，同時出現翻滾的現象，無奈之中研究人員只好啟動緊急按鈕，帶有X－43A的火箭在空中自毀。儘管X－43A當時沒有來得及同火箭分離，但是研究人員表示他們仍然獲得了不少寶貴的、有助於下次試飛的資料。
第二次試飛原定於2月，由於11日在對X－43A的方向舵致動器進行試驗時，因一名技術人員操作失誤導致致動器出現故障，儘管該故障可能不會影響致動器的功能。但是，為保險起見，航空航天局還是決定更換致動器，並重新計算飛行剖面。
下一步還要進行哪些試驗？
2010年以前，最大的吸氣高超音速試驗機X－43B將進行試飛。X－43B將採用渦輪發動機和吸氣超音速燃燒衝壓發動機的組合動力。這種發動機組合十分適合高超音速飛機，因為它可以自動調整推動力以使飛行達到最佳速度。當飛機的速度只有兩倍音速左右時，飛機藉助渦扇噴氣發動機前進，這同普通飛機沒有兩樣；當飛機在以高超音速飛行時（5至15馬赫），它就開始利用吸氣超音速燃燒衝壓發動機推進。
美國航空航天局的一研究中心已領命研究高馬赫渦輪推進技術———革命性渦輪加速器（RTA）。計畫在2010年內，讓採用了以RTA技術的燃氣輪機聯合循環發動機能將飛行器的速度提升到4馬赫以上。通常，超音速飛機發動機產生的推力同飛機重量的比值不超過4，而未來利用RTA技術的發動機的這一比值可達15至20。如果可能的話，航空航天局準備將小型的渦輪加速器演示機同雙模式超音速燃燒衝壓發動機聯合用於X－43B試驗機的試飛。
