为何飞机不能像洲际导弹那么快?
洲际弹道导弹,一般只需要三十分钟左右就可以横跨太平洋,而飞机为什么不行呢?
按照洲际导弹的标准,怎么着也要飞到8000公里以上,最快速度通常在20马赫以上,部分型号甚至超过了25马赫。
那飞机能不能也飞到像洲际导弹那样快呢?
想要搞明白这个问题,先来看看两者不同的工作方式。
洲际导弹其实就是一枚小号火箭,它的上升阶段只有3到5分钟,之后就在大气层边缘飞行,高度可以达到1000公里以上。
由于此时没有空气阻力,飞行速度能达到或超过第一宇宙速度,也就是7.9公里每秒。
所以你看,洲际导弹80%的飞行路程都在外太空。
而飞机一般在对流层的顶部和平流层的底部飞行,飞行高度在8000到12000米之间。
一般的民航飞机,巡航速度通常在800到900公里/小时之间,也就是200至250米每秒。
这样对比下来,飞机的速度确实没法和洲际导弹相比。
再来看看外形。
导弹是一个近似的圆柱体,再高的加速度基本上都不会让导弹解体。
而飞机拥有一双大翅膀还有尾翼等等。
在高速飞行时,气流会对飞机机体产生强大冲击,机翼可能会因为发生颤振而导致飞机解体。
当然了,如果对飞机外形重新设计,再加大发动机的推力,实现超音速飞行,也完全没有问题。
比如,上世纪60年代的“协和号”超音速飞机。
这款飞机机身细长,采用了三角形机翼,最大巡航速度可达到2马赫左右。
速度快,燃料消耗也快。
据悉,“协和号”一个小时就能耗掉20吨燃油,几乎是空客A350型飞机的4倍。
但这并不是大问题,难解决的是噪音以及安全性。
协和客机在非超音速阶段,噪音水平接近100分贝,这大概是距离手持电钻1米距离所产生的噪音。
而当飞机突破音障时,音爆的响度可以达到130到140分贝,乘客甚至还可能出现肌肉紧张、头晕等不适症状。
正因为如此,很多机场都拒绝“协和号”飞机的起飞和降落。
再加上,2000年7月“协和号”发生了一次空难惨剧,以及之后的市场低迷,一代传奇就此谢幕。
除了噪音问题,人体对加速度的承受力也会遇到极限。
比如在火箭升空时,宇航员所承受的加速度通常在3到4个G之间。
而在飞船返回时,尤其在再入大气层这个阶段,加速度能达到4到7个G。
通常情况下,宇航员在训练时能承受的最大离心力为8个G。
在进行这项训练时,宇航员的脸部肌肉会因为强大牵扯力而严重变形,眼泪不自觉地往外流,同时还感到呼吸困难,普通人根本承受不了。
而洲际导弹的加速度就猛多了,在上升阶段通常能达到10到15个G。
当弹头重新进入大气层时,还会产生较大的减速度,通常达到20到30个G甚至更高。
我估计没有哪种生物能在这么极端的条件下生存下来。
其实,如果想让飞机达到几倍音速,那就让飞机进入外太空,在没有了空气阻力的情况下,飞行器可以敞开了飞。
目前,世界最快的飞机是美国的X-15试验机。
因为配备了火箭发动机,因此也被称为火箭飞机,它的最快速度能达到6.7马赫,最高飞行高度超过了100公里。
这架飞机不能在常规机场起降,它的起飞是由B-52轰炸机携带在机翼下方,当B-52爬升到约13000米高度时再将X-15从载机上分离。
由于火箭发动机的燃料消耗非常惊人,它自身携带的燃料只能飞行80至120 秒,之后的行程便是无动力的滑翔模式。
所以这样的飞机到底能干嘛,只能当作试验机。
它的飞行试验几乎涉及了所有的高超音速领域,为美国后来的双子星、水星、阿波罗登月计划,以及航天飞机提供了许多珍贵的试验数据。
回到开头的问题,为什么上千公里的洲际导弹,几分钟就到了,而飞机不行呢?
因为设计目标不同,洲际导弹作为一种攻击武器,它会把时效性当作绝对优先。
而飞机要考虑稳定性、油耗和乘客的舒适度等好多因素。
再者,一枚洲际导弹的造价得有五六个亿人民币,还不算核弹头。
而飞机是要商业运营的,速度提升了,成本差不多得翻个平方。
所以谁更难设计,一目了然。