美国下一代间谍飞机的内部

传奇SR-71的秘密、高超音速替代品有望改变军事航空

诞生于冷战时期间谍战的熔炉,标志性的SR-71“黑鸟”至今仍是世界上最快的吸气式军用飞机。它飞得如此之高、如此之快,以至于敌方防御系统都无力拦截。最终,卫星技术和先进雷达侵蚀了它的优势。1998年,美国空军将其退役。如今,随着地区威胁的增长和便携式地对空导弹的不断发展,工程师们再次着手制造地球上最快的军用飞机。

这一次,它将以一架具备打击能力、时速4000英里(约6437公里)的侦察无人机形式出现。这款名为SR-72的飞机将能够规避攻击,获取间谍照片,并在高达6马赫的速度下攻击目标。这比其前代产品快一倍。

洛克希德·马丁公司和阿尼奥特·罗凯特戴恩公司的航空工程师们在加州的“黑山”基地(Skunk Works black site)设计SR-72已有数年。它将需要一种混合动力推进系统:一种常规的、现成的涡轮喷气发动机,能使飞机从跑道起飞并达到3马赫,以及一种高超音速冲压发动机/超燃冲压发动机,能将其速度推向更高。其机身必须能承受高超音速飞行的极端高温,此时空气摩擦本身就可能熔化钢铁。它的炸弹可能需要从80,000英尺(约24384米)的高空命中目标。洛克希德公司表示,该飞行器可能在2030年部署。一旦部署,该飞机每秒飞行一英里的能力意味着它可以在一小时内到达任何大陆的任何地点——当然,你可能还没看到它来。

“我们正处于高超音速革命的边缘。”

— 布拉德·莱兰德,洛克希德·马丁公司高超音速项目经理

冲压发动机的工作原理

冲压发动机省去了涡轮喷气发动机所需的大型旋转压缩机,而是依靠自身的向前运动来压缩空气。首先,空气被吸入进气口,并在通过扩散器时被压缩。扩散器还会减慢空气速度至亚音速,以便于燃烧。然后,空气和燃料被送入燃烧室并点燃。最后,排气喷嘴加速产生的热膨胀空气流,产生巨大的推力。

推进系统

涡轮喷气发动机可以将飞机从跑道起飞并加速到约3马赫;超过此速度需要吸气式冲压发动机,它能压缩高速空气进行燃烧,但通常在约4马赫时开始工作。为了弥合这一差距,工程师们正在开发一种可以三种模式运行的混合发动机。飞机将在涡轮喷气发动机的动力下加速到约3马赫,然后切换到冲压发动机动力,将其加速到约5马赫,然后再次切换到超燃冲压发动机模式,利用超音速空气进行燃烧。

它可以在一小时内到达任何大陆的任何地点——当然,你可能还没看到它来。

蒙皮

超过5马赫的速度产生的空气动力摩擦会将飞机的外部加热到2000华氏度(约1093摄氏度)。此时,常规的钢制机身将熔化。因此,工程师们正在研究复合材料——与洲际弹道导弹和航天飞机鼻锥使用的同类型高性能碳、陶瓷和金属混合材料。每一个接缝和连接处都必须密封:在高超音速速度下,任何空气泄漏都会导致飞机因高温涌入而解体。(这就是导致哥伦比亚号航天飞机失事的原因)。

机身

当飞机穿越亚音速、超音速和高超音速速度时,对飞机的应力会发生变化。例如,当一架喷气式飞机在亚音速飞行中加速时,升力中心会向飞机后部移动。但是一旦飞行器达到高超音速,飞机前缘的阻力会导致升力中心再次向前移动。如果升力中心离重心太近,可能会导致危险的不稳定。飞机的形状必须能够承受这些以及更多的变化,以防止机身撕裂。

载荷

洛克希德公司将SR-72描述为情报、监视、侦察和打击平台,但其确切载荷是保密的。最有可能的是,它尚未被发明。在6马赫下拍摄间谍照片或投掷炸弹需要非凡的工程技术。它需要数百英里才能完成一个转弯。它需要强大的制导计算机来瞄准80,000英尺(约24384米)以下的地面目标。此外,你不能在4000英里(约6437公里)每小时的速度下打开炸弹舱门。SR-72需要新的传感器和武器来在这种高速下运行。

3D打印属于你自己的

Computer Model Of The SR-72
Don Foley

《大众科学》的插画师唐·福利(Don Foley)已将他的画作制成了3D打印模型。在此处 查看

本文最初发表于2015年6月的《大众科学》杂志,标题为“美国下一代侦察机”。

 

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