爲何飛機不能像洲際導彈那麼快?
洲際彈道導彈,一般只需要三十分鐘左右就可以橫跨太平洋,而飛機爲什麼不行呢?
按照洲際導彈的標準,怎麼着也要飛到8000公里以上,最快速度通常在20馬赫以上,部分型號甚至超過了25馬赫。
那飛機能不能也飛到像洲際導彈那樣快呢?
想要搞明白這個問題,先來看看兩者不同的工作方式。
洲際導彈其實就是一枚小號火箭,它的上升階段只有3到5分鐘,之後就在大氣層邊緣飛行,高度可以達到1000公里以上。
由於此時沒有空氣阻力,飛行速度能達到或超過第一宇宙速度,也就是7.9公里每秒。
所以你看,洲際導彈80%的飛行路程都在外太空。
而飛機一般在對流層的頂部和平流層的底部飛行,飛行高度在8000到12000米之間。
一般的民航飛機,巡航速度通常在800到900公里/小時之間,也就是200至250米每秒。
這樣對比下來,飛機的速度確實沒法和洲際導彈相比。
再來看看外形。
導彈是一個近似的圓柱體,再高的加速度基本上都不會讓導彈解體。
而飛機擁有一雙大翅膀還有尾翼等等。
在高速飛行時,氣流會對飛機機體產生強大沖擊,機翼可能會因爲發生顫振而導致飛機解體。
當然了,如果對飛機外形重新設計,再加大發動機的推力,實現超音速飛行,也完全沒有問題。
比如,上世紀60年代的“協和號”超音速飛機。
這款飛機機身細長,採用了三角形機翼,最大巡航速度可達到2馬赫左右。
速度快,燃料消耗也快。
據悉,“協和號”一個小時就能耗掉20噸燃油,幾乎是空客A350型飛機的4倍。
但這並不是大問題,難解決的是噪音以及安全性。
協和客機在非超音速階段,噪音水平接近100分貝,這大概是距離手持電鑽1米距離所產生的噪音。
而當飛機突破音障時,音爆的響度可以達到130到140分貝,乘客甚至還可能出現肌肉緊張、頭暈等不適症狀。
正因爲如此,很多機場都拒絕“協和號”飛機的起飛和降落。
再加上,2000年7月“協和號”發生了一次空難慘劇,以及之後的市場低迷,一代傳奇就此謝幕。
除了噪音問題,人體對加速度的承受力也會遇到極限。
比如在火箭升空時,宇航員所承受的加速度通常在3到4個G之間。
而在飛船返回時,尤其在再入大氣層這個階段,加速度能達到4到7個G。
通常情況下,宇航員在訓練時能承受的最大離心力爲8個G。
在進行這項訓練時,宇航員的臉部肌肉會因爲強大牽扯力而嚴重變形,眼淚不自覺地往外流,同時還感到呼吸困難,普通人根本承受不了。
而洲際導彈的加速度就猛多了,在上升階段通常能達到10到15個G。
當彈頭重新進入大氣層時,還會產生較大的減速度,通常達到20到30個G甚至更高。
我估計沒有哪種生物能在這麼極端的條件下生存下來。
其實,如果想讓飛機達到幾倍音速,那就讓飛機進入外太空,在沒有了空氣阻力的情況下,飛行器可以敞開了飛。
目前,世界最快的飛機是美國的X-15試驗機。
因爲配備了火箭發動機,因此也被稱爲火箭飛機,它的最快速度能達到6.7馬赫,最高飛行高度超過了100公里。
這架飛機不能在常規機場起降,它的起飛是由B-52轟炸機攜帶在機翼下方,當B-52爬升到約13000米高度時再將X-15從載機上分離。
由於火箭發動機的燃料消耗非常驚人,它自身攜帶的燃料只能飛行80至120 秒,之後的行程便是無動力的滑翔模式。
所以這樣的飛機到底能幹嘛,只能當作試驗機。
它的飛行試驗幾乎涉及了所有的高超音速領域,爲美國後來的雙子星、水星、阿波羅登月計劃,以及航天飛機提供了許多珍貴的試驗數據。
回到開頭的問題,爲什麼上千公里的洲際導彈,幾分鐘就到了,而飛機不行呢?
因爲設計目標不同,洲際導彈作爲一種攻擊武器,它會把時效性當作絕對優先。
而飛機要考慮穩定性、油耗和乘客的舒適度等好多因素。
再者,一枚洲際導彈的造價得有五六個億人民幣,還不算核彈頭。
而飛機是要商業運營的,速度提升了,成本差不多得翻個平方。
所以誰更難設計,一目瞭然。