洛馬公司的SR-72
波音的高超聲速模型
XB-70轟炸機驗證機
波音方案採用大後掠雙三角翼無尾加雙垂尾佈局。
中國航空報訊：1月10日， 美國波音公司在美國航空航太學會2018年度科技研討及展覽會（AIAA SciTech 2018）上， 首次公開展出了高超聲速飛機模型， 波音公司高超專業首席科學家和首席設計師等在展會現場披露了相關概念方案及研製計畫等資訊。
波音公司高超聲速飛機科研背景
1. 具有豐富的高超聲速飛行器及大型高速飛機的研製試飛經驗
波音公司是最早介入美國高超聲速技術研發的軍工企業之一， 在上世紀就成功研製了X-15試驗機（有人駕駛、火箭動力、載機放飛、滑翔著陸，
2. 至少在2009年以前便已形成了一輪高超聲速飛機方案
此前， 波音公司從未主動公開披露過其開展高超聲速飛機研究的資訊。 但從美空軍2010年歸檔的一份公開研究報告成果中我們發現， 波音公司至少在2009年以前便已經完成了一輪高超聲速飛機概念方案， 該方案被波音公司稱為Manta 2025方案。
Manta 2025方案充分體現飛發高度融合的設計理念和外形特徵， 採用了典型的大後掠三角翼乘波體佈局， 將飛機前體與進氣道、後體與尾噴管合二為一， 整個推進系統與機身高度一體化。 機身扁平， 機翼後掠角極大， 翼展及襟副翼尺寸都較小， 垂尾內傾且明顯截短。 推進系統採用並聯式渦輪基衝壓組合發動機（TBCC）， 並採用了獨特的左右並聯式緊密佈置方式。 該方案設計上明顯偏向高速性能， 犧牲了低速性能，且飛控難度較大。該方案的關鍵指標包括：最大速度馬赫數7，總重84噸，空重34噸，載荷2.3噸。
波音公司本次公佈的概念方案及研製計畫
波音公司最初完全依靠自籌資金啟動了高超聲速飛機概念方案研究項目，但在後續科研過程中獲得了2014年起美國防部國防預先研究計畫局（DARPA）“先進全狀態發動機”（AFRE）專案和2016年起美空軍渦輪基衝壓組合發動機（TBCC）飛行驗證機概念研究項目的經費支持。本次公開披露的高超聲速飛機概念方案就是該項目的研究成果。
1. 概念方案
採用大後掠雙三角翼無尾加雙垂尾佈局，機身有明顯的細長型突起脊背，機腹平坦，兩側有明顯的大後掠邊條。該設計既可以在高超聲速段獲得乘波升力，又可以在起飛降落等低速段依靠前部邊條產生的渦流獲得渦升力。機身背部高高隆起的脊背既平滑了跨聲速面積律，又大大提高了機身容量，為佈置任務載荷、燃油等留下了充足空間。
飛機採用渦輪基衝壓組合（TBCC）發動機，包含常規渦輪發動機和雙模態亞燃／超燃衝壓發動機，二者共用進氣道和尾噴管。兩台TBCC發動機並排緊密佈置在機腹中央，每台TBCC內部則採用了渦輪發動機和衝壓發動機左右並聯的佈置方式，而不是上下並聯。內轉式進氣道採用了突出的中間隔板設計，進氣道的位置剛好可以捕獲前機身在機鼻處產生的激波，尾噴管也採用了突出的船尾型分隔尾椎設計。總體而言，新方案明顯借鑒了XB-70轟炸機的佈局特徵，顯示出兩者間密切的技術淵源。
此外，從模型外觀上看，該方案沒有座艙，應該是一個無人駕駛方案，也未見起落架、載荷艙等細節。波音公司未披露該方案的任何指標，只透露最大飛行速度達到馬赫數5以上，並特別強調了飛發一體化設計技術在開展高超聲速飛機概念方案研究中的重要性。
2. 研製計畫
波音公司披露，該方案瞄準的背景型號是未來高速打擊和偵察飛機。波音公司計畫以該方案為基礎，第一步先研製一型F-16戰鬥機大小、採用單台發動機的驗證機，主要用於開展飛行試驗；第二步再研製一型SR-71偵察機大小、採用兩台發動機的作戰飛機。波音計畫在2020年代末完成型號研製，打造出一型SR-71偵察機的後繼機。
啟示與分析
1. 波音公司新方案相比老方案發生了重大變化，顯著降低了速度指標要求
除了標誌性的TBCC發動機左右並聯緊密佈置方式外，波音公司的新方案基本完全顛覆了2009年以前提出的Manta 2025方案，主要體現在：三角翼變成雙三角翼、主翼後掠角減小，內傾截短垂尾變為外傾正常垂尾，還有最顯著的是，將扁平機身與進排氣系統高度融合的典型乘波體佈局改為大長細比高脊背機身和機腹進氣的局部乘波式常規佈局。新方案明顯降低了高速性能需求，更好地兼顧了低速性能和任務需求特性。這表明，波音公司顯著降低了高超聲速飛機速度指標的總體要求。波音公司在AIAA SciTech 2018展會現場也表示，新方案的速度指標為馬赫數5及以上，顯著低於Manta 2025方案時提出的馬赫數7。
2. 波音公司的發展構想與洛馬公司高度趨同，在頂層設計上已經形成了基本共識
不但與Manta2025方案大相徑庭，波音公司的新方案及發展構想更是和洛馬公司公佈的SR-72高超聲速飛機方案及構想呈現出十分顯著的趨同傾向，包括：
——任務定位趨同：使命任務都定位為高速／高超聲速偵察和打擊，並且都明確提出SR-71偵察機後繼機的型號定位。
——總體方案趨同：氣動佈局上均採用大後掠三角翼無尾佈局設計，機身均採用了高脊背、大容量和平面機腹的設計，推進系統上均採用並聯式TBCC方案且均佈置在機腹下方。二者僅在垂尾、發動機艙間距等局部存在差異。
——發展思路趨同：均為兩步走，第一步均為研製戰鬥機大小的單發驗證機，第二部均為SR-71大小的雙發飛機型號。且均瞄準2030年前形成裝備。
兩家競爭企業的總體方案趨同，可以視為對彼此方案和思路的印證，也表明美國工業界對高超聲速飛機研究取得的共識遠大於分歧，在任務定位、總體方案、發展思路等頂層設計上已經實現較大程度的收斂。同時這也可能反映出，對於高超聲速飛機這種設計要求極端複雜和苛刻的尖端裝備來說，本身能夠允許的設計空間和選擇餘地並不大。
3. 美軍或將在近期啟動高超聲速飛機重大科研專案，速度指標應為馬赫數5~6
根據多年來對美空軍高超聲速飛機發展的密切觀察和分析，美空軍將在2025年前後實現一型高超聲速飛機驗證機的首飛，在2035年前後率先完成一型高超聲速飛機的型號研製。按照該進度，美空軍極可能在近期啟動高超聲速飛機集成演示驗證專案，利用6~7年時間完成驗證機研製試飛。該進度稍晚於波音公司和洛馬公司各自提出的計畫構想（2023年驗證機、2030年型號），但恰好能夠形成相互印證和支撐（通常企業在立項論證階段更傾向於提出相對激進的進度計畫，尤其是在有競爭的形勢下）。
從技術可行性上看，經過多年來在氣動、推進、材料和結構等瓶頸技術上的持續探索和攻關，美國已經積累了足夠的技術儲備，初步具備了開展高超聲速飛機集成驗證的條件。目前DARPA正在開展馬赫數5級的渦輪基衝壓組合發動機（TBCC）地面集成驗證，計畫2020年完成地面驗證，初步解決制約高超聲速飛機發展最關鍵的技術瓶頸。綜合美空軍2011年高速飛機發展路線圖提出的速度指標為馬赫數5， DARPA在研的TBCC地面驗證專案提出的速度指標為馬赫數5，洛馬公司SR-72專案提出的速度指標為馬赫數6和波音公司提出高超聲速飛機概念方案速度指標為馬赫數5等資訊，由此可以得出結論，美軍很可能會在近期率先啟動一型高超聲速飛機演示驗證專案，其中核心的速度指標應為馬赫數5～6級，且更偏向於馬赫數5。這可能是綜合權衡了當前技術基礎、技術驗證需求和未來任務需求、以及週期和成本等因素的結果。
無論美軍方態度如何，以洛馬、波音為首的美國工業界已經合力率先吹響了高超聲速飛機“總攻”的號角。美國軍方將如何回應，競爭態勢如何發展，我們拭目以待。
犧牲了低速性能，且飛控難度較大。該方案的關鍵指標包括：最大速度馬赫數7，總重84噸，空重34噸，載荷2.3噸。波音公司本次公佈的概念方案及研製計畫
波音公司最初完全依靠自籌資金啟動了高超聲速飛機概念方案研究項目，但在後續科研過程中獲得了2014年起美國防部國防預先研究計畫局（DARPA）“先進全狀態發動機”（AFRE）專案和2016年起美空軍渦輪基衝壓組合發動機（TBCC）飛行驗證機概念研究項目的經費支持。本次公開披露的高超聲速飛機概念方案就是該項目的研究成果。
1. 概念方案
採用大後掠雙三角翼無尾加雙垂尾佈局，機身有明顯的細長型突起脊背，機腹平坦，兩側有明顯的大後掠邊條。該設計既可以在高超聲速段獲得乘波升力，又可以在起飛降落等低速段依靠前部邊條產生的渦流獲得渦升力。機身背部高高隆起的脊背既平滑了跨聲速面積律，又大大提高了機身容量，為佈置任務載荷、燃油等留下了充足空間。
飛機採用渦輪基衝壓組合（TBCC）發動機，包含常規渦輪發動機和雙模態亞燃／超燃衝壓發動機，二者共用進氣道和尾噴管。兩台TBCC發動機並排緊密佈置在機腹中央，每台TBCC內部則採用了渦輪發動機和衝壓發動機左右並聯的佈置方式，而不是上下並聯。內轉式進氣道採用了突出的中間隔板設計，進氣道的位置剛好可以捕獲前機身在機鼻處產生的激波，尾噴管也採用了突出的船尾型分隔尾椎設計。總體而言，新方案明顯借鑒了XB-70轟炸機的佈局特徵，顯示出兩者間密切的技術淵源。
此外，從模型外觀上看，該方案沒有座艙，應該是一個無人駕駛方案，也未見起落架、載荷艙等細節。波音公司未披露該方案的任何指標，只透露最大飛行速度達到馬赫數5以上，並特別強調了飛發一體化設計技術在開展高超聲速飛機概念方案研究中的重要性。
2. 研製計畫
波音公司披露，該方案瞄準的背景型號是未來高速打擊和偵察飛機。波音公司計畫以該方案為基礎，第一步先研製一型F-16戰鬥機大小、採用單台發動機的驗證機，主要用於開展飛行試驗；第二步再研製一型SR-71偵察機大小、採用兩台發動機的作戰飛機。波音計畫在2020年代末完成型號研製，打造出一型SR-71偵察機的後繼機。
啟示與分析
1. 波音公司新方案相比老方案發生了重大變化，顯著降低了速度指標要求
除了標誌性的TBCC發動機左右並聯緊密佈置方式外，波音公司的新方案基本完全顛覆了2009年以前提出的Manta 2025方案，主要體現在：三角翼變成雙三角翼、主翼後掠角減小，內傾截短垂尾變為外傾正常垂尾，還有最顯著的是，將扁平機身與進排氣系統高度融合的典型乘波體佈局改為大長細比高脊背機身和機腹進氣的局部乘波式常規佈局。新方案明顯降低了高速性能需求，更好地兼顧了低速性能和任務需求特性。這表明，波音公司顯著降低了高超聲速飛機速度指標的總體要求。波音公司在AIAA SciTech 2018展會現場也表示，新方案的速度指標為馬赫數5及以上，顯著低於Manta 2025方案時提出的馬赫數7。
2. 波音公司的發展構想與洛馬公司高度趨同，在頂層設計上已經形成了基本共識
不但與Manta2025方案大相徑庭，波音公司的新方案及發展構想更是和洛馬公司公佈的SR-72高超聲速飛機方案及構想呈現出十分顯著的趨同傾向，包括：
——任務定位趨同：使命任務都定位為高速／高超聲速偵察和打擊，並且都明確提出SR-71偵察機後繼機的型號定位。
——總體方案趨同：氣動佈局上均採用大後掠三角翼無尾佈局設計，機身均採用了高脊背、大容量和平面機腹的設計，推進系統上均採用並聯式TBCC方案且均佈置在機腹下方。二者僅在垂尾、發動機艙間距等局部存在差異。
——發展思路趨同：均為兩步走，第一步均為研製戰鬥機大小的單發驗證機，第二部均為SR-71大小的雙發飛機型號。且均瞄準2030年前形成裝備。
兩家競爭企業的總體方案趨同，可以視為對彼此方案和思路的印證，也表明美國工業界對高超聲速飛機研究取得的共識遠大於分歧，在任務定位、總體方案、發展思路等頂層設計上已經實現較大程度的收斂。同時這也可能反映出，對於高超聲速飛機這種設計要求極端複雜和苛刻的尖端裝備來說，本身能夠允許的設計空間和選擇餘地並不大。
3. 美軍或將在近期啟動高超聲速飛機重大科研專案，速度指標應為馬赫數5~6
根據多年來對美空軍高超聲速飛機發展的密切觀察和分析，美空軍將在2025年前後實現一型高超聲速飛機驗證機的首飛，在2035年前後率先完成一型高超聲速飛機的型號研製。按照該進度，美空軍極可能在近期啟動高超聲速飛機集成演示驗證專案，利用6~7年時間完成驗證機研製試飛。該進度稍晚於波音公司和洛馬公司各自提出的計畫構想（2023年驗證機、2030年型號），但恰好能夠形成相互印證和支撐（通常企業在立項論證階段更傾向於提出相對激進的進度計畫，尤其是在有競爭的形勢下）。
從技術可行性上看，經過多年來在氣動、推進、材料和結構等瓶頸技術上的持續探索和攻關，美國已經積累了足夠的技術儲備，初步具備了開展高超聲速飛機集成驗證的條件。目前DARPA正在開展馬赫數5級的渦輪基衝壓組合發動機（TBCC）地面集成驗證，計畫2020年完成地面驗證，初步解決制約高超聲速飛機發展最關鍵的技術瓶頸。綜合美空軍2011年高速飛機發展路線圖提出的速度指標為馬赫數5， DARPA在研的TBCC地面驗證專案提出的速度指標為馬赫數5，洛馬公司SR-72專案提出的速度指標為馬赫數6和波音公司提出高超聲速飛機概念方案速度指標為馬赫數5等資訊，由此可以得出結論，美軍很可能會在近期率先啟動一型高超聲速飛機演示驗證專案，其中核心的速度指標應為馬赫數5～6級，且更偏向於馬赫數5。這可能是綜合權衡了當前技術基礎、技術驗證需求和未來任務需求、以及週期和成本等因素的結果。
無論美軍方態度如何，以洛馬、波音為首的美國工業界已經合力率先吹響了高超聲速飛機“總攻”的號角。美國軍方將如何回應，競爭態勢如何發展，我們拭目以待。