摘要：近日，在湖北东湖实验室，科研人员通过悬浮支撑和电磁推进的方式，成功在1000米距离内将1.1吨重的试验车加速至650千米/小时，成为全球最快的磁悬浮试验速度。

转自：新安晚报

近日，在湖北东湖实验室，科研人员通过悬浮支撑和电磁推进的方式，成功在1000米距离内将1.1吨重的试验车加速至650千米/小时，成为全球最快的磁悬浮试验速度。

无独有偶。今年4月，中国航天科工集团在山西大同的真空管磁悬浮试验基地宣布，新一代“超级高铁”原型车完成首次超高速测试，时速突破1000公里（声速约340米/秒，即1224千米/小时）。

似乎，人类乘坐“超声速载具”出行的梦想正慢慢照进现实。

突破声障“魔咒”的长期努力

超声速，顾名思义，就是指物体的运动速度超过了声速。

为了方便描述接近或者超过声速的运动，科学界引入了一个单位——马赫。1马赫就等于1倍声速。

事实上，超声速并非遥不可及的抽象概念。靶场上，子弹射出枪膛时的速度可达2倍声速以上；太空中，人类制造的许多飞行器，速度也远远超过了声速……

人类对速度的追求从未停歇。20世纪初，随着航空技术的发展，飞机的速度逐渐提升。飞行员们发现，当飞机的速度接近声速时，飞机机身会剧烈震颤，操纵变得异常困难。这好像在人类面前筑起了一道难以跨越的无形的屏障，这种现象后来被称为“声障”。

实际上，“声障”是飞机超声速飞行时，空气动力学特性的突变导致的。声音传播的本质，是空气分子的振动传递。当物体以亚声速（低于声速）运动时，前方的空气会像“提前收到通知”一样，缓慢向物体两侧流动；当物体速度接近或超过声速时，空气分子来不及避让，会在物体前方堆积，形成一道强压缩波，这就是“激波”。

压缩波使物体受到的阻力急剧增加，升力也变得不稳定，这就是早期飞机难以突破声速的原因之一。

突破声障“魔咒”的历史性时期从20世纪40年代开始。经过长达数十年的发展，先后出现X-1试验机、F-100超声速喷气式战机等武器装备。

1976年，英法联合研制的“协和”号客机投入运营，它能以约2马赫的巡航速度跨越大西洋。

然而，“协和”号客机也存在致命缺陷。2000年，“协和”号客机发生空难，最终于3年后退役，民用超声速飞机就此陷入沉寂。

近年来，随着材料科学、空气动力学和推进技术的进步，民用超声速飞机再次成为行业热点。

探索超声速飞行的技术密钥

要使飞行器突破声速稳定飞行，需要突破多学科技术。这些技术如同精密的齿轮，共同驱动飞行器实现超声速飞行。

动力系统——超声速飞行的“超级心脏”。

飞行器突破声速时需要克服巨大的激波阻力，克服阻力的过程离不开专门为此设计的超声速发动机。

超声速发动机的可变进气道如同气流“减速带”，借助可调节的几何型面，能够将超声速气流降为亚声速气流，随后对气流增压，再将其送入燃烧室。同时，位于发动机尾喷管上游的加力燃烧室，通过向排出的高温废气中额外喷油，使其进行二次燃烧，可以瞬间将推力提升50%以上。

气动布局——驯服气流的“身形密码”。

采用直机翼的普通飞机在低速飞行时表现优异，但飞行速度一旦接近声速，飞机前方的空气聚集，如同在飞机前方骤然立起一道墙，使其受到巨大的激波阻力。

最早的“破墙利器”是后掠翼构型机翼。后掠翼构型是指将机翼向后倾斜，这能有效分散和削弱激波阻力。后来出现的三角翼构型机翼，前缘尖锐，结构强度高，在高速飞行时能高效“劈开”激波。“协和”号超声速客机，正是凭借这种三角翼构型驯服气流，以2马赫的速度高空飞行。

材料科学——抵御高温的“铠甲”。

物体以超声速飞行时，遇到激波产生的强压缩效应，不仅会带来巨大阻力，还会引起强烈的气动加热现象。

当飞行器速度达到2马赫时，飞行器表面温度可达250℃；速度达到4马赫时，温度会飙升至900℃以上。高超声速飞行器想要安全飞行，还要发展能够抵御这种“烈火考验”的先进材料。钛合金、碳基复合材料和陶瓷基复合材料，都是研发人员发现的适用于高超声速飞行器的“高温铠甲”。还有一种树脂基复合烧蚀材料，在我国神舟飞船返回舱表面涂覆过，遇到高温会发生逐层烧蚀碳化，进而带走大量热量，使飞船即便以25马赫的超高速进入大气层，舱内温度仍能维持在人体可接受的范围。

从云霄穿梭到地面疾驰

随着超声速时代的到来，超声速技术应用也渐渐辐射到地面领域。

环顾世界，许多国家纷纷将目光投向“高速飞行列车”领域。

早在20世纪80年代，中国科学家就开始深耕应用于“高速飞行列车”的磁悬浮技术。

2001年，西南交通大学研制的世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”亮相，最高时速虽然仅有10公里，但验证了磁悬浮技术自悬浮、自导向的核心原理。

2013年，我国科学家提出“超级高铁”的构想，核心是“真空管道+磁悬浮技术”。今年4月，中国航天科工集团在山西大同宣布，新一代“超级高铁”全尺寸原型车完成首次超高速测试，时速突破1000公里。

超声速技术实现从“云霄穿梭”到“地面疾驰”的关键之一，是减小空气阻力。当列车时速突破600千米，80%以上的阻力都来自空气。对于运行速度为300公里/小时的普通高铁而言，在行进时车头前方会形成“空气墙”，每前进1公里，列车相当于推开200吨空气。

利用真空管道环境，则可有效解决这一问题。据悉，列车在接近真空的管道内运行，空气阻力降低至传统高铁的3%，能耗仅为飞机的1/10。这种环境不仅大大提高了列车的运行速度，还减少了列车运行过程中的噪声现象。

“高速飞行列车”实现“地面疾驰”的另一个关键，是采用了高温超导磁悬浮技术。利用“同性相斥、异性相吸”的原理，推动列车前方的轨道磁场吸引列车，列车后方的轨道磁场排斥列车，从而产生强大的直线推力，驱使列车前进。这种“非接触”的驱动方式从根本上避免了机械摩擦，是实现列车时速1000公里以上超高速运行的前提。

不过，“高速飞行列车”若想顺利走向应用、走向市场，仍然面临一些挑战：真空管道的密封与维护成本极高，一旦真空环境泄露，列车将面临失压危险，威胁乘客安全。

未来，如果“高速飞行列车”研制成功，或将彻底改变人们对距离的认知——“一小时内穿梭北京、上海、广州”将不再是科学幻想，而是可能走进现实的“超级城市群通勤圈”。

当真空管道在神州大地上延伸，当“高速飞行列车”在近乎无阻的空间中加速至千公里时速……那些还在持续突破的核心技术，不仅将带来列车速度提升的飞跃，也将为全球交通技术的进步贡献中国智慧与中国方案。

据《解放军报》

来源：新浪财经