X-43试验机

更新时间:2024-04-19 16:52

X-43A是美国国家航空航天局(NASA)旗下德莱顿飞行研究中心(Dryden Flight Research Center)所开发的极音速(Hypersonic)飞行实验机,也是迄今为止人类所造出使用外进气动力的飞行器中,速度最快的纪录保持者,后续版本为X-43B。

历史沿革

2001年6月,美国宇航局试飞了一种世界上飞得最快的飞机。这种代号为X-43A的新型无人机机身长3.65米,体重1.2吨,样子像一个漂亮的冲浪版的X-43的研制耗资高达2.3亿美元。飞机的设计最高时速将达到音速的10倍,也就是10马赫。可惜在首次试飞中,由于助推器失灵,这台X-43A升空几分钟就掉进太平洋。不过美国有关方面并不打算就此放弃,表示会继续这一新型无人机的试验。X-43A因而有望成为第一个以极超音速的速度飞行的作战飞机。

科学研究也需要前仆后继。2004年11月,X-43A再次试飞。一架经过改装的B-52B重型轰炸机机翼下挂着一架X-43A飞机和一枚“飞马”助推火箭从加州的爱德华兹空军基地起飞。很快,B-52B上升至1.2万米高空。这时,和X-43A捆绑在一起的“飞马”火箭点火,它们脱离B-52B轰炸机,由飞马火箭把X-43A推到大约2.9万米的高空。接下来,X-43A脱离飞马火箭,自身发动机点火,开始以1万千米时速独立飞行。约10秒后,飞机燃料耗尽,飞机继续滑行了6分钟经过1368千米的距离坠入太平洋。被落海时的撞击力彻底摧毁。

这是个历史性的时刻,X-43A创造了9.7马赫的速度,之前世界最快,仅次于探险号。

实际试飞

NASA的“Hyper-X”极超音速飞行计划共分为三次的试飞,主要的目的是想探索除了传统的火箭动力外,将其他新动力系统用于太空飞行上的可能性。

X-43A的第一次试飞是在2001年6月2日进行,但很不幸的该次飞行是以失败收场。由于试飞过程中,飞马座火箭要穿越音障的瞬间发生预期外的共振问题,导致火箭失控偏离了预计的飞行路线,为了安全考量测试单位启动机身上的自爆装置主动摧毁了X-43A,而没有达到预期的成果。

美国空军2013年5月1日对X-51A乘波者超高音速飞行器做了最后一次试验并获成功。X-51A成功加速到5马赫并持续飞行了超过300秒,由此也创下了人类吸气式飞行器超高音速持续飞行的新记录。X-51A此前已进行了3次试验,均遭受失败。美军由此朝着超高音速空天时代又走近了一步。

这次的飞行,也是NB-52B母机服务于NASA四十年后,最后一次担任母机任务。

X-43A是一架无人驾驶的飞行器,状似一个滑板,长约3.6米。X-43A使用独特的超音速冲压发动机(Supersonic Combustion Ramjet,简称为Scramjet)作为动力,这种动力系统属于内燃机的一种,与传统高速飞行时所使用的火箭引擎不同,是从大气中吸入空气燃烧。由于超音速冲压发动机在运作时,燃烧室的进气流速必须超过音速(相比之下,冲压发动机的燃烧室进气则处于次音速状态),虽然工程师可以透过进气道造型设计等方式提升气流速度,但一般来说除非飞行器本身已处于超音速飞行状态,否则很难启动机上的超音速冲压发动机。为满足这前提,X-43A必须先挂载在改装过的NB-52B母机(以B-52同温层堡垒式轰炸机改装而来)翼下飞至高空后,点燃连结在X-43A上的飞马座火箭(Pegasus Booster,原本是作为反低轨道人造卫星导弹用的推进系统)将X-43A推进到超音速的状态后,再点燃自身的超音速冲压发动机进行极音速飞行。

音速飞行

首次成功的极超音速飞行是发生在2004年3月27日,当时试飞的第二架X-43A实验机在脱离飞马座火箭后,在约95,000英尺的高空中以自身的动力飞行了11秒,到达约7马赫(Mach 7,约等于8,000km/h)的高速,然后再逐渐滑翔直至落入美国西海岸外的太平洋中。这项纪录事后也获得吉尼斯世界记录的认证,认证书上说明著X-43A在一持续了11秒的飞行中到达6.8316马赫的速度,是当时世界上最快的进气(Air Breathing)飞机。

第三次也是最后一次的飞行,原本预计是要在2004年11月15日时进行,但因为X-43A上的一个控制仪器出问题进行检修,来不及在美国联邦航空局(FAA)规定的美东时间下午七时前完成飞行,而延后到隔日的11月16日进行。由加州艾德华空军基地(Edwards AFB,CA)起飞的NB-52B母机携带着飞马座火箭与X-43A升空后,在40,000呎的高空中点燃火箭,将X-43A推到足以启动的高度与速度状态。X-43A最后在短暂的冲刺之后做出接近9.8马赫(约为7,000英里/小时,或11,200公里/小时)的超高速飞行,飞到离地表超过35公里远的高空。

历代纪录

在X-43A之前,大气层X-15实验机创下,为6.7马赫,但当时使用的是火箭动力来推进。至于进气引擎的最高速纪录是美国空军的SR-71黑鸟式超音速侦察机创下,约为3.2马赫。

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