新型材料是实现高超音速飞机的关键

　　昆士兰大学(UniversityofQueensland)的研究人员正在为超音速飞机测试其新材料的耐极高温性能，以延长这款飞机的持续飞行时间。在此之前，澳大利亚研究人员还曾进行过一次超音速冲压喷射式飞机的飞行测试，但结果不尽如人意，这款飞机的耐极高温时间没有超过五秒钟。

　　在过去的八年中南澳伍默拉(Woomera)测试的这几款飞机均采用传统材料制造而成的超音速冲压发动机(scramjetengines)，但是他们都没能克服高温融化的问题，因此决定不再使用这种材质的冲压发动机。但据新颖消息称，2011-2013年伍默拉将对采用自由飞行发动机的HiFIRE新系列飞机进行进一步的飞行测试，最终，这款全自由飞行发动机飞机的飞行时间将能持续一分钟。

　　昆士兰大学Hyshot冲压发动机试验程序领军人和高超声速推进系教授，MichaelSmart说，这项计划是在测试新型复合材料的性能，用于制造速度飞行达8马赫的飞机(8巴赫相当于音速的8倍)。他说：“如果它的飞行时间能够超过一分钟，将来就一定达到一个小时。冲压发动机动力飞行器能在伦敦和澳大利亚之间飞行两小时，因此我们要寻找另外一种材料，可以为超音速飞机提供更长时间的动力。”高超音速飞机(Hypersonics)的速度相当于5马赫(是音速的5倍，或相当于协和飞机Concorde*的两倍之多)。超音速飞机的速度大约是1马赫，而现代商业客机的飞行速度均低于音速。Smart教授解释说，这次科研是在寻找一种较前沿的材料，将用它制造飞机机翼的最外表层，也就是与空气直接接触的部分。高速飞机在飞行时，机翼前沿跟空气摩擦会产生极高的温度，对于一架以5马赫速度飞行的飞机，其表面温度将达到1000摄氏度(=1800华氏温度)。要知道，大部分材料不能耐受如此高的温度。

　　另一个具有挑战性的环节是超音速冲压发动机，在发动机内部不仅乘载着热氧和燃烧产物的腐蚀性混合物，还负荷着高导热、机械和声波等高荷载。在飞机高速飞行时，发动机的温度会更高，例如，在飞机以8马赫的速度飞行时，机翼前沿的温度将会达到2700摄氏度，而发动机内部的温度则很可能升到3000摄氏度。

　　飞行器前沿产生的极高温正是导致哥伦比亚号(theSpaceShuttleColumbia)失事的原因。2003年美国哥伦比亚号航天飞机返回地面时在空中解体，机上7名航天员全部遇难。虽然事后外界对失事原因有各种各样的猜测，但最后国家航空航天局还是把目标集中在对哥伦比亚防热瓦片(protectivetiles)的调查上。

　　不过，高超声速推进加热的问题可以通过对材料的选择，或设计和加装冷却系统克服。目前，Smart教授正在与昆士兰大学显微镜和微量分析中心主任及陶瓷复合材料的先驱JohnDrennan教授，以及两位博士后JamesTurner和AnnaLashtabeg共同研究这个课题。昆士兰大学ITEE学院的学生DavidYu已经开始编写反映极高温度动态的动画程序。

　　JohnDrennan教授正在寻找可以使高超音速飞机耐受高温以及延长其飞行时间的方法。其中有一种方法被学术界普遍看好，它是设计一种在高温下融化的新型材料。普通的材料经高温融化后会丢失在四周环境中，而这种新材料可以通过微观设计弥补其缺失的部分。JohnDrennan教授说：“这种新型材料将来很有可能用于制造喷气式飞机发动机的排气喷嘴，或者在电厂中使用。”JohnDrennan教授表示，这一技术的发展将通过提高材料性能，进一步提升澳大利亚的工业水平。他说：“澳大利亚一定有能力依靠自身生产高科技含量的飞机部件，而逐渐摆脱对欧美材料进口的依赖。”

　　据悉，这个150万美元的项目将由昆士兰大学牵头，以及墨尔本大学、斯威本科技大学，BAE系统公司，国防科学技术和ANSTO共同完成。项目目前已收到来自新成立的防卫材料科技中心的七十万元的拨款，以及由昆士兰大学提供的实物资助。

　　*协和飞机(Concorde)是由法国宇航公司和英国航空公司联合研制的超音速客机，是世界上为数不多的曾投入商业使用的超音速客机之一。协和飞机的平均飞行速度达2.02马赫(相当于每小时2,140千米或1,330英里)，最高飞行高度达60,000英尺(等于18,300米)，其三角机翼下装有由劳斯莱斯和SNECMA联合研制的4个劳斯莱斯奥林匹斯(Olympus)发动机。协和飞机于1969年执行首次飞行、1976年投入商业运营，并于2003年正式退役。协和飞机主要执行伦敦希斯路机场和戴高乐国际机场来往纽约肯尼迪国际机场的航班任务，于1996年2月7日曾以2小时52分钟59秒的时间创下由纽约至伦敦的较快飞行时间的记录。