■ 成磊

今年以來，波音公司陸續(xù)發(fā)布了偵察/打擊型和載客型的高超聲速飛機概念，引發(fā)人們對高超聲速飛機及動力技術發(fā)展的關注。出于保密的原因，波音公司沒有透露更多的細節(jié)，只表示高超聲速飛機的渦輪基沖壓組合發(fā)動機（TBCC）技術已取得了相應的進展，為下一步開展技術驗證鋪平了道路。

波音公司展示的偵察/打擊型高超聲速飛機概念模型

波音公司在發(fā)布的高超聲速客機概念

偵察/打擊型高超聲速飛機概念

今年1月，波音公司在2018美國航空航天學會科技大會（AIAA SciTech 2018）上，公開展示了一個偵察/打擊型高超聲速飛機模型，這是繼2013年洛克希德-馬?。羼R）公司公布SR-72高超聲速飛機概念之后，美國又一高超聲速飛機概念的高調亮相。

從此次展示的模型看，波音偵察/打擊型高超聲速飛機采用大后掠雙三角翼加雙垂尾布局，機身有明顯的隆起脊背，機腹平坦，兩側有大后掠邊條。據(jù)專業(yè)人士分析，此設計既可以在高超聲速飛行時獲得乘波升力，又可以在起飛降落等低速飛行時依靠前部邊條產生的渦流獲得渦升力。機體隆起的脊背可提高機身容量，為任務載荷、燃料等留有充足空間。

截至目前，波音公司未透露其高超聲速飛機的具體指標，只表示飛行速度達到Ma5+，并特別強調了飛發(fā)一體化設計技術在其開展高超聲速飛機概念研究中的重要性。

波音公司的高超聲速飛機擬采用渦輪基沖壓組合（TBCC）發(fā)動機，包含常規(guī)渦輪發(fā)動機和雙模態(tài)亞燃／超燃沖壓發(fā)動機（TMRJ），二者共用進氣道和尾噴管。

波音公司在2014年和2016年分別獲得美國國防高級研究計劃局（DARPA）“先進全狀態(tài)發(fā)動機”（AFRE）項目和美國空軍TBCC飛行驗證機概念研究項目的經費支持。其動力系統(tǒng)的合作伙伴是諾斯羅普-格魯門（諾格）創(chuàng)新系統(tǒng)公司（原軌道ATK公司）。波音此次發(fā)布的軍用型高超聲速飛機概念模型應為這些項目的研究成果。

波音公司計劃先研制一款F-16戰(zhàn)斗機大小、采用單臺發(fā)動機的驗證機，主要用于飛行試驗；然后再推出一款SR-71偵察機大小、采用兩臺發(fā)動機的作戰(zhàn)飛機。波音公司計劃在21世紀20年代末期完成型號研制，使之成為SR-71“黑鳥”偵察機的后繼機。

高超聲速客機概念

今年6月，在2018美國航空航天學會航空大會（AIAA Aviation 2018）上，波音公司公布了一個高超聲速客機概念，將由波音研究與技術部（BR&T）攜手波音民機集團（BCA）共同開展高超聲速客機研究，并對初始設計方案進行了多學科設計優(yōu)化（MDO）。此次公布的高超聲速飛機概念只是其多個高超聲速飛機設計方案中的一個。

據(jù)稱，波音的高超聲速客機的載客能力比現(xiàn)有的遠程公務機要大，但比波音737要小。波音的高超聲速客機將以Ma5速度巡航，是2003年退役的英法合作研制的“協(xié)和”號超聲速客機的2倍，橫跨大西洋的時間約為2h，橫跨太平洋的時間約為3h；巡航高度為29000m (95000ft)，比“協(xié)和”號高了9100m(30000ft)。

擬采用渦輪沖壓發(fā)動機

波音此次公布的高超聲速客機方案選擇了Ma5作為其巡航速度。Ma5被認為是選擇亞燃沖壓發(fā)動機與超燃沖壓發(fā)動機的分界線：當速度低于Ma5時，采用亞燃沖壓發(fā)動機；而當速度高于Ma5時，采用超燃沖壓發(fā)動機。亞燃沖壓發(fā)動機的技術難度明顯小于超燃沖壓發(fā)動機，因此波音公司的高超聲速客機最終選擇了Ma5作為巡航速度。

與GE公司和普惠公司研發(fā)的三涵道自適應軍用發(fā)動機類似，波音公司的高超聲速飛機發(fā)動機只有一個進氣道和一個尾噴管，并采用軸對稱的環(huán)形布局將渦輪組件包裹在其中，即在渦輪組件的外側，設計一個旁路進氣道，可直接將旁路空氣導入位于發(fā)動機后部的沖壓燃燒室，而不必流經渦輪組件。

在隨飛機高速飛行時，該發(fā)動機會有渦輪組件功能全部關閉與部分關閉兩種狀態(tài)。據(jù)推測，因為沖壓發(fā)動機適合工作在Ma3以上，因此其全部關閉狀態(tài)應該出現(xiàn)在Ma3～5飛行速度的時刻。一般認為，渦輪組件與沖壓組件的臨界轉換速度為Ma2～3，而在該速度段，兩種動力形式都處于低效率狀態(tài)。因此，將渦輪組件功能部分關閉，采用兩種動力形式共同工作，可達到最佳組合工作效率。

擬采用“佩刀”發(fā)動機的預冷熱交換技術

先進的冷卻技術對于控制飛機系統(tǒng)、客艙和動力裝置的熱環(huán)境非常重要。波音公司擬采用英國反應發(fā)動機（Reaction Engines）公司正在研制的“協(xié)同吸氣式火箭發(fā)動機”（SABRE）—— 亦稱作“佩刀”發(fā)動機——的預冷熱交換技術。今年4月波音通過戰(zhàn)略投資成為反應發(fā)動機公司的股東。

“佩刀”發(fā)動機的預冷熱交換器

英國反應發(fā)動機公司成立于1989年，專注于“佩刀”發(fā)動機的研制。據(jù)稱，“佩刀”發(fā)動機的預冷熱交換器是一種結構緊湊和質量超輕的裝置，僅用0.05s的時間可將來流溫度從1000℃降至 -150℃。

預冷熱交換器位于高超聲速進氣道和渦輪壓氣機之間。當空氣進入進氣道時通過一個激波系，將動能轉換為熱能。氣流通過預冷器后，會沿軸向流動進入壓氣機?！芭宓丁卑l(fā)動機的預冷器由數(shù)千個直徑很小的管道按螺旋狀排列組成，據(jù)稱此設計可以使熱交換效率達到95%左右。

波音公司還計劃用液態(tài)甲烷作為冷卻系統(tǒng)的組成部分，同時考慮采用液態(tài)甲烷與常規(guī)航空燃油(Jet A)的雙燃料體系。甲烷的優(yōu)點是既可以用作冷卻劑又可以用作燃料，而且甲烷的熱值比Jet A高，但其密度低，要付出體積代價。因此波音還需要研究兩者之間的最佳配比。

結束語

從波音公布的信息看，波音的高超聲飛機體現(xiàn)了軍民融合發(fā)展的理念，在氣動構型、動力裝置的選擇等關鍵技術領域都盡可能采用相同的設計和技術，并用同一款驗證機來驗證二者的共性技術。考慮到在取證過程中可能存在的一系列問題，波音的高超聲速客機可在未來二三十年內實現(xiàn)載客飛行。相比較而言，軍用型高超聲速飛機投入服役的時間會早一點，但取決與洛馬公司之間的競爭。畢竟，洛馬公司的高超聲速概念SR-72的提出要比波音早了5年，波音是否能后來居上，有待時間檢驗。