新民科学咖啡馆首次涉足军事科技话题,专家畅谈飞机速度革命

作者:上海市宇航学会 2014-02-17 00:38
  随着无人驾驶、隐形、高超音速这些原本只在科幻片中出现的飞行元素逐渐成为现实,未来的飞机,以高空侦察机为技术先导的代表,正变得越来越“超能力”,超乎普通人的想象。
      25日晚,市宇航学会副秘书长、南京航空航天大学兼职教授赵金才与海军某航空装备论证研究所型号副总师、高级工程师黄海,在做客由市宇航学会、市科协和本报合办的新民科学咖啡馆时说,近来,国内外军事科技都进入“井喷”期,高空侦察机就是代表作。“高超音速飞机‘全球1至2小时到达’并非空想,在无人侦察机上已不难实现,但受限于成本高得惊人,可预见的将来暂不会进入民航。”

         第171期新民科学咖啡馆首次涉足军事科技话题,两位专家与军事迷们一起热议飞机速度革命背后的技术飞跃。 
        美国军火巨头洛克希德公司不久前透露,它正在秘密打造一种 SR-72高超声速无人侦察机。它作为SR-71“黑鸟”(Black bird)高空高速侦察机的后继机型,被称为“黑鸟之子”,预期飞行速度可高达6马赫(1马赫约每小时1126公里,相当于音速),有望成为人类最快的飞机。 
         卫星飞机 
        互补侦察 
        自从1959年10月和1962年9月,我国地空导弹相继击落RB-57D型侦察机和高空侦察机U2之后,侦察机进入国人的视野。提及侦察机的发展历史,黄海如数家珍:从古到今,空中侦察都是获取情报的重要手段之一,可分为图像侦查和通讯侦查。无论U2还是“黑鸟”SR-71,都是在执行图像侦察。 
        黄海说,U2侦察机的历史相当悠久,第一架U2飞机在1955年成功上天,目前已基本退出实战,主要用于科研试验。虽然U2体态娇小,但续航能力强(有8小时和5700公里),升力很大,飞行高度高,可以在空中飘着飞,得益于其平直机翼设计,它所需的动力很小,很适合图像侦察,加上使用传统燃料,成本很低。但是由于U2飞行速度不高,大量被击落,基于军事侦察需要,后来“双3”(3万米高空,3马赫以上)的高空高速侦察机SR-71发展起来,最大速度可达3.35马赫,连大多数导弹都赶不上它,至今未曾被击落过。但它所耗的特殊燃料太过昂贵,已经停止服役,仅保留了科研和影视拍摄需要的几架。 
         高空侦察机想要飞得更快,搭载更多有效载荷,又要个头更迷你,于是有了从有人驾驶到无人驾驶的转型。随后诞生的“全球鹰”“捕食者”等侦察机,都是无人机的经典之作,续航时间有了显著的增加,远程操控真的好似在打游戏机。 
        据赵金才介绍,在高空侦察的科技舞台上,卫星和飞机曾有过螺旋式上升交替的技术进步互补关系。卫星不受领空的限制,但其轨道固定,无法随机应变地执行即时任务,而这是飞机拿手的。卫星的发展曾一度弥补和替代了高空战略侦察机的功能,但各国对高性能的高空侦察机的研制从未停步。 
         高超音速 
         未来方向 
        “黑鸟之子”SR-72预计将在2018年首次试飞,达到了6马赫的速度。赵金才分析说,速度超过5马赫的高超音速飞行器是未来军民用航空器发展方向,也被称为继螺旋桨、涡轮喷气推进飞行器之后的航空史上的第三次革命。在军事上,无人驾驶将成为一大趋势。“一来,有人驾驶会带来人员安全和外交风险。二来,当飞机速度达到一定马赫数之后,机上必需装载生命保障系统来保护飞行员的安全,就无法缩小飞机的体型,减轻重量,提升速度。” 
        现在的飞机不仅越飞越快,也越飞越高。赵金才说,这首先有赖于超燃冲压发动机这种关键技术——空气不需要压缩,以超音速进入发动机燃烧室与燃料混合点燃,产生巨大的能量,这样就可以省略涡轮等复杂设计,简化喷气发动机的结构,有助于减小发动机体型,减轻飞机体重。“但是,当气流速度达到了5马赫的高超音速以上,高压强、高温度会给发动机材料带来巨大压力。最好的解决方法就是空气以高超音速吸入发动机燃烧后,马上再以高超音速喷出,而飞机起飞时利用火箭作助动力,也能减轻发动机的负担。” 
         投入民用 
         暂时不会 
        11月21日,中国的“利剑”大型隐身无人作战攻击机首次试飞。“大家都知道,我国的侦察机和欧美发达国家尚有差距,这差距其实就是由于基础工业发展的相对落后。”比如,航空发动机里的叶片,要在高温高速的工况下工作,每一片都要具备同样的高强度,就好像炒小锅菜每一锅都要一模一样的精准。 
        赵金才说,目前我国开始具备研究各种高性能飞机的基础。有关于空气动力学的研究从上世纪50年代起步,目前我国各类风洞有140余座,在风洞试验、数值计算、模型飞行试验等领域都有很大进步,空气动力学的设备、技术和人才都能跨入国际先进行列,超级计算机的数据处理速度和性能也走在国际前列。 
        既然一二小时飞抵地球另一端已不是梦想,普通老百姓什么时候能搭乘上这样的超音速飞机?赵金才说,超音速何时投入民航仍是个未知数,估计至少未来二三十年还不会考虑发展于民用。“英法曾合作推出过‘协和号’超音速民航飞机,但由于成本过高,现已退出商用。要实现超音速飞行,只有依靠飞机小型化,也就是说体型做小、体重减轻才能降低成本。不过,未来飞船可能会成为另外一种1小时到达全球的方式。” 
         打造航母 
         较量实力 
         昨晚新民科学咖啡馆的另一热词是航母。美国“福特号”航空母舰近日正式下水,也引发了公众对于我国自主开发航空母舰的期待。辽宁舰开始出海,歼15飞机也不断地从上面进行起降飞行试验。 
        黄海说:“‘福特号’斥重金打造而成,光造价就要上百亿美元。如果要把武器装备配全,并非一般的国家财政可以承受。”黄海介绍,“福特号”作为世界上最先进的航母,具有5大主要创新,包括了设计了新外形,采用了新型核动力装置,配备了新型舰载飞机,全新的电磁弹射系统以及高能激光、射线等新概念武器。其中,充足的电力,使“福特号”可以抛弃大能耗、低效率、费时费力又费人的蒸汽锅炉,采用大量电驱动设备。两位嘉宾指出,打造航母不是简单的造船,航母的差距也不是简单的体积和规模,而是立体作战群和综合工业科技能力的较量,从巡洋舰、护卫舰、潜艇到预警飞机和卫星,需厚积薄发,无法一蹴而就。 
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