美国疯狂的“X”飞机项目——NASA挑战飞机速度极限
爱航空2020-05-28 07:00
对速度的追求，是人类不断改进各种交通工具的原生动力。不管是我国投资1000亿元的沪杭超级磁悬浮高铁，还是Elon Musk惊为天人的“超高速管道运输系统”，都意在缩短出行的时间，提高出行体验，拉动经济更快增长。
但有这样一类项目，不为盈利反而烧钱不断，只为挑战人类所能达到的速度极限。这便是我们今天的主角——NASA “X”飞机项目。
NASA X-31飞机（一）音速魔咒
在飞机发明后的很长一段时间内，这些由螺旋桨驱动的简陋飞行器都只能在一个较低的速度范围内飞行。1939年8月27日，第一架装有涡轮喷气发动机的飞机冲向蓝天，人类航空从此进入了喷气发动机驱动的新纪元。
第二次世界大战后期，活塞式飞机的飞行速度已经接近极限，美国的P-51D“野马”式战斗机，最大速度达到了每小时765公里；德国研制的Me-262新型战斗机，装配了2台涡轮喷气发动机，最大速度达到了870公里/小时。
但当人们驾驶这些性能猛兽接近音速时，却发生了奇怪的现象：飞机如同中了“魔咒”，飞行阻力急剧增加，机身出现不受控制的抖动，稍有不慎便会机毁人亡。经过多次实验，人们总结出了“音障”的存在，即在飞行速度接近声速时，会出现阻力剧增，操纵性能变坏和自发栽头的现象。
飞机超越音速时产生的音爆就在人们认为飞机的飞行速度也不能再提高时，美国X-1试验飞机横空出世，迈出了人类超音速飞行伟大的第一步。
（二）冲破音障
由于喷气式发动机在当时的发展还不够充分，为了给飞机提供足够的动力冲破音障，X-1飞机大胆采用了液体火箭发动机。但机上所能装载的燃料有限，为了把燃料尽可能多的留给冲破音障的过程，X-1被挂载在一架B-29型“超级堡垒”重型轰炸机的机身下，由它带领升上天空，再脱离点火，向音速进军。
1947年10月14日，24岁的美国空军试飞员查克·耶格尔上尉登上X-1，随着B-29升至万米高空。X-1脱离B-29后，耶格尔上尉打开了火箭发动机，X-1从10千米高空很快爬升到12.4千米，在这个高度上，它的水平飞行速度超过音速，达到每小时1078千米，约为音速的1.015倍。人类终于首次在水平飞行中超过了音速。
第一架超音速飞机——X-1飞机X-1飞机共制造了三架，试验飞行了157 次，最大飞行速度达到 1.45 倍音速。为了在超音速飞行时保持机体的稳定，其机身形状被设计为机枪子弹的外形；而为了保证机身在超音速飞行时不被撕裂，X-1比战时美国任何一架战斗机的结构强度至少增加了50%。
（三）挑战极限
在人类首次突破“音障”之后，研制超音速飞机的进展大大加快。X-3、X-4、X-5 等一大批试验飞行器相继飞上蓝天。在随后近三十年的发展过程中，以 X 冠名的试验飞行器几乎每年都要研制一种，其研制速度也快得惊人，这段时间因而成为了 X 系列试验飞行器发展的黄金时期。
1967年10月3日，威廉·J·奈特少校驾驶X－15，在B-52的挂载下升上蓝天。这架X-15装配了两台XLR-99火箭发动机，全力加速的时间只能维持80-120秒。就在这不到两分钟的时间内，X-15加速至7272千米/小时，相当于飞行高度音速的6.72倍，一举创造了有人驾驶飞机的最快速度，至今无人能够打破。
X-152004年11月，一架经过改装的B-52B重型轰炸机挂载着一架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。B-52B上升至1.2万米高空时，和X-43A捆绑在一起的“飞马”火箭点火，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分钟坠入太平洋。
在这次飞行中，X-43A达到了9.7倍于飞行高度音速的速度，创造了无人驾驶飞机在地球大气层内最快的飞行记录。X-43A也被称为“极超音速飞机”。
在上个世纪的实验中，X系列飞机为我们带来了许多惊喜：X-13安装了矢量推进系统，能够垂直起飞，像普通飞机一样盘旋，然后再垂直降落在停机坪上；X-31可以实现空中的180度大转弯，其迅捷令许多鸟儿都望尘莫及。
极超音速飞机X-43（四）走向实用
2016年，NASA宣布了X计划的最新项目：研发更安静、更环保、速度更快的飞机。
超音速飞机在冲破音障时，会形成“音爆”，以声音的形式释放巨大的能量。NASA计划通过“静音超音速技术”(QueSST)，来消除超音速飞行产生的音爆现象对人类听觉的冲击。如果成功，这将极大促进超音速民航客机的发展和应用。
不仅如此，NASA还希望新型X飞机能够走环保路线，把燃料消耗量减少到原来的一半，并让排放量减少75%。2019年11月，X-57飞机交付美国加利福尼亚州爱德华兹空军基地，这是世界上首架仅靠电力驱动的飞机。飞机上装有14台由电池供能的发动机，并可利用可再生能源充电。
纯电动飞机X-57在新的X计划中，这些飞机或许看上去没有那么令人激动，但却与现代航空市场需求联系得更加紧密。通过这些大胆而又不计成本的实验，更舒适、更便捷的航空出行体验，将更快地呈现到世人面前。
（五）结语
英文字母 X 是“Experimental”这个单词的缩写，即“试验的”之意，同时也蕴涵着“未知的”深层含义。成果辉煌的X系列飞机，展示了人类空天探索活动的胆略和勇气，有望推动人类航空走向下一个崭新的纪元。
“驭波者X-51以上就是本期文章的全部内容，这里是爱航空，欢迎大家的关注和评论，小编将持续为大家更新飞机背后的故事！
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