狂想电动喷气机—Elon Musk未完成的梦想4 years ago55收藏分享举报文章被以下专栏收录公众账号 啸语{&debug&:false,&apiRoot&:&&,&paySDK&:&https:\u002F\u002Fpay.zhihu.com\u002Fapi\u002Fjs&,&wechatConfigAPI&:&\u002Fapi\u002Fwechat\u002Fjssdkconfig&,&name&:&production&,&instance&:&column&,&tokens&:{&X-XSRF-TOKEN&:null,&X-UDID&:null,&Authorization&:&oauth c3cef7c66aa9e6a1e3160e20&}}{&database&:{&Post&:{&&:{&isPending&:false,&contributes&:[{&sourceColumn&:{&lastUpdated&:,&description&:&写给万分之一的创新者&,&permission&:&COLUMN_PUBLIC&,&memberId&:1115643,&contributePermission&:&COLUMN_PRIVATE&,&translatedCommentPermission&:&all&,&canManage&:true,&intro&:&公众账号 啸语&,&urlToken&:&thenova&,&id&:3754,&imagePath&:&77f0e0d68.jpg&,&slug&:&thenova&,&applyReason&:&&,&name&:&写给万分之一的创新者&,&title&:&写给万分之一的创新者&,&url&:&https:\u002F\u002Fzhuanlan.zhihu.com\u002Fthenova&,&commentPermission&:&COLUMN_ALL_CAN_COMMENT&,&canPost&:true,&created&:,&state&:&COLUMN_NORMAL&,&followers&:2141,&avatar&:{&id&:&77f0e0d68&,&template&:&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002F{id}_{size}.jpg&},&activateAuthorRequested&:false,&following&:false,&imageUrl&:&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002F77f0e0d68_l.jpg&,&articlesCount&:35},&state&:&accepted&,&targetPost&:{&titleImage&:&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F354bbf9c11a860f21b488f5bf226a211_r.jpg&,&lastUpdated&:,&imagePath&:&354bbf9c11a860f21b488f5bf226a211&,&permission&:&ARTICLE_PUBLIC&,&topics&:[962,],&summary&:&关于特斯拉能否打败传统汽车厂商的口水仗，各路媒体已经基本上把各种体位都试过，所有的料都嚼三遍，没什么意思了。那么我们就来一起提前猜想Musk下一步的电动垂直起降超音速喷气机，具体应该如何实现。先来梳理一下历史：在第二次工业革命那个科技日新月异…&,&copyPermission&:&ARTICLE_COPYABLE&,&translatedCommentPermission&:&all&,&likes&:0,&origAuthorId&:1115643,&publishedTime&:&T22:01:21+08:00&,&sourceUrl&:&&,&urlToken&:,&id&:95903,&withContent&:false,&slug&:,&bigTitleImage&:false,&title&:&狂想电动喷气机—Elon Musk未完成的梦想&,&url&:&\u002Fp\u002F&,&commentPermission&:&ARTICLE_ALL_CAN_COMMENT&,&snapshotUrl&:&&,&created&:,&comments&:0,&columnId&:3754,&content&:&&,&parentId&:0,&state&:&ARTICLE_PUBLISHED&,&imageUrl&:&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F354bbf9c11a860f21b488f5bf226a211_r.jpg&,&author&:{&bio&:&风投新兵\u002F 公众账号: 啸语&,&isFollowing&:false,&hash&:&a4d2fa285c472d6a6ed78&,&uid&:72,&isOrg&:false,&slug&:&xiao-yu-41-82&,&isFollowed&:false,&description&:&&,&name&:&啸语&,&profileUrl&:&https:\u002F\u002Fwww.zhihu.com\u002Fpeople\u002Fxiao-yu-41-82&,&avatar&:{&id&:&1b651c15a&,&template&:&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F{id}_{size}.jpg&},&isOrgWhiteList&:false,&isBanned&:false},&memberId&:1115643,&excerptTitle&:&&,&voteType&:&ARTICLE_VOTE_CLEAR&},&id&:247495}],&title&:&狂想电动喷气机—Elon Musk未完成的梦想&,&author&:&xiao-yu-41-82&,&content&:&\u003Cp\u003E关于特斯拉能否打败传统汽车厂商的口水仗，各路媒体已经基本上把各种体位都试过，所有的料都嚼三遍，没什么意思了。那么我们就来一起提前猜想Musk下一步的电动垂直起降超音速喷气机，具体应该如何实现。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E先来梳理一下历史：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在第二次工业革命那个科技日新月异的时期，电是最时髦的科技，托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉作为那个时代的偶像，地位与现在的史蒂夫·乔布斯和 Elon Musk 相当。随着技术的轮回，21 世纪电动交通工具再次引起了人们的关注。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在汽车发展早期，由于当时的内燃机技术并不成熟，电动车作为高端产品成为精英们的象征，汽车行驶速度和巡航里程世界记录曾经都是电动车保持的。为了解决电池性能不足的问题，也有很多工程师热衷于开发混合动力技术，其中具有代表性的包括\u003Ca href=\&http:\u002F\u002Flink.zhihu.com\u002F?target=http%3A\u002F\u002Fbaike.baidu.com\u002Flink%3Furl%3DbjTV_Nop-fXR2QC212FhQHTo2RZJD9kqrQD_bf8Pv3BMgmQqffqiZuSQzZhr_Ecw0B2QRQSQ_eVfDQYvXBP9Aq\& class=\& wrap external\& target=\&_blank\& rel=\&nofollow noreferrer\&\u003E费迪南德·保时捷\u003C\u002Fa\u003E，他开发了第一辆双轮毂电机电动车、第一辆四轮毂电机电动车、第一辆混合动力车，在当时取得了多项速度记录和拉力赛冠军，后来甚至做出了电传动的象式坦克歼击车。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E当时的美国不仅拥有数量众多的电动轿车和电动卡车， Bailey Electric 公司在 1907 年甚至开发了最早的电动跑车，1897 年纽约出现了第一辆电动出租车。与此同时，和电动车一起相关的配套服务设施也应运而生，Hartford Electric Light 公司为电动车提供可以更换的电池。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003EDetroit Electric 公司不仅制造电动车，还建立了充电站方便用户，现代电动车需要的那些配套设施在 90 年前就已经建立过了。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002Fb4e04bd8adff46bc91a6c4_b.jpg\& data-rawwidth=\&388\& data-rawheight=\&251\& class=\&content_image\& width=\&388\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='388'%20height='251'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&388\& data-rawheight=\&251\& class=\&content_image lazy\& width=\&388\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002Fb4e04bd8adff46bc91a6c4_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002F096f82d0adfc213e6082cddb70f07eee_b.jpg\& data-rawwidth=\&388\& data-rawheight=\&242\& class=\&content_image\& 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It is a VTVL, supersonic electric jet,\& ——Elon Musk\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fblockquote\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F0b98c5ab956af9b1d7616f_b.jpg\& data-rawwidth=\&468\& data-rawheight=\&332\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&468\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F0b98c5ab956af9b1d7616f_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='468'%20height='332'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&468\& data-rawheight=\&332\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&468\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F0b98c5ab956af9b1d7616f_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F0b98c5ab956af9b1d7616f_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cp\u003E因为超音速前提，显然我们讨论的不是上面这种飞机\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E首先，忽略电池问题，因为目前来看超导电池或者储氢合金实用化之后，能量密度超过目前的航空煤油并不难。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E用电驱动风扇也不是问题：欧洲航空防务与航天公司预计，随着技术的发展，高性能超导电动马达会超过今天的燃气涡轮发动机的功率密度。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F67bd782b5b9bc6a8a59e0d_b.jpg\& data-rawwidth=\&430\& data-rawheight=\&286\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&430\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F67bd782b5b9bc6a8a59e0d_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='430'%20height='286'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&430\& data-rawheight=\&286\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&430\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F67bd782b5b9bc6a8a59e0d_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F67bd782b5b9bc6a8a59e0d_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cp\u003E美国波音公司配备固体高分子型燃料电池（PEFC）的小型载人飞机全球首次试飞成功\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002F0b3df19c0dc49ee3fe9108cbf627a784_b.jpg\& data-rawwidth=\&230\& data-rawheight=\&132\& class=\&content_image\& width=\&230\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='230'%20height='132'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&230\& data-rawheight=\&132\& class=\&content_image lazy\& width=\&230\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002F0b3df19c0dc49ee3fe9108cbf627a784_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E日本IHI公司与美国波音公司合作，实施了配备再生型燃料电池系统的民用飞机试飞。目前客机主要依靠专门的燃气轮机发电。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E目前已经有很多人在尝试打造电动飞机，但是螺旋桨或者电动涵道风扇驱动的电动飞机，相对于现行喷气机并没有飞行性能方面的优势。为了做出电动喷气机，我们首先要了解喷气式发动机的原理。\u003C\u002Fp\u003E\u003Ca class=\&video-box\& href=\&http:\u002F\u002Flink.zhihu.com\u002F?target=http%3A\u002F\u002Fv.qq.com\u002Fboke\u002Fpage\u002Fr\u002Ft\u002Fp\u002Fr0127dgm5tp.html\& target=\&_blank\& data-video-id=\&\& data-video-playable=\&\& data-name=\&空气分子告诉你发动机怎么工作滴（超清字幕）\& data-poster=\&http:\u002F\u002Fvpic.video.qq.com\u002F2Fr0127dgm5tp_160_90_3.jpg\& data-lens-id=\&\&\u003E
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\u003Cbr\u003E\u003Cp\u003E从这个视频我们可以理解，现行喷气式发动机的根本原理就是压缩气体、燃烧膨胀推动飞机飞行。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cul\u003E\u003Cli\u003E\u003Ch2\u003E\u003Cstrong\u003E电传动与分布式推进\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fh2\u003E\u003C\u002Fli\u003E\u003C\u002Ful\u003E\u003Cp\u003E关于电动飞机，目前已经有的研究方向主要是燃气轮机发电，超导电机直接驱动风扇，这样虽然有能量转换损失，但是布置更加灵活，燃气轮机发电的工作环境也更加理想（本来就有很多燃气轮机是从航空发动机改的，为发电进行了优化）。\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F5f2b6082aabcf3a2e9ebe5_b.jpg\& data-rawwidth=\&1020\& data-rawheight=\&440\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&1020\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F5f2b6082aabcf3a2e9ebe5_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='1020'%20height='440'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&1020\& data-rawheight=\&440\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&1020\& 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data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002Fde68f47ad0d88ff6c670a4ef14d18b2e_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在目前民航机主流的大涵道比涡轮风扇发动机中，为飞机提供大部分推力的风扇的最佳推进转速较低，而作为动力源驱动风扇的核心机，包括压气机和涡轮在内，在高转速下具有较高的热效率。因此，采用电传动，给风扇和核心机解耦，可以减少压气级数量，提高热效率和推进效率，降低噪音和氮氧化物排放。这种电传动的全电飞机，虽然经过了“化学能—机械能—电能—机械能”的复杂能量转换，但是仍然有希望通过优化每一环节的运行效率，最终在燃料经济性方面超过现行的大涵道比涡扇发动机，从而适用于对于成本要求苛刻的民航产业。\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F54f20bb3ee4f250e035f_b.jpg\& data-rawwidth=\&780\& data-rawheight=\&585\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&780\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F54f20bb3ee4f250e035f_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='780'%20height='585'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&780\& data-rawheight=\&585\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&780\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F54f20bb3ee4f250e035f_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F54f20bb3ee4f250e035f_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E采用分布式推进结构（distributed propulsion）配有16个超导电机风扇的客机概念图，由于没有燃烧室的加热膨胀功能，预期的飞行速度没有优势，主要是为了民航降低噪音。\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F82f3d4341_b.jpg\& data-rawwidth=\&753\& data-rawheight=\&349\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&753\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F82f3d4341_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='753'%20height='349'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&753\& data-rawheight=\&349\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&753\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F82f3d4341_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F82f3d4341_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E采用分布式推进，具有可释放单元的美国边境监视概念机。图片来自NASA兰利研究中心\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F540aaa52daf2dc89cc1b1838_b.jpg\& data-rawwidth=\&760\& data-rawheight=\&885\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&760\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F540aaa52daf2dc89cc1b1838_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='760'%20height='885'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&760\& data-rawheight=\&885\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&760\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F540aaa52daf2dc89cc1b1838_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F540aaa52daf2dc89cc1b1838_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E苏黎世联邦理工大学的分布式飞行阵列\u003C\u002Fp\u003E\u003Cul\u003E\u003Cli\u003E\u003Ch2\u003E\u003Cstrong\u003E他山之石—核涡喷\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fh2\u003E\u003C\u002Fli\u003E\u003C\u002Ful\u003E\u003Cp\u003E电动只能用来让飞机低速节能飞行吗？当然不止如此，喷气机高速飞行的关键在于空气膨胀，而使空气膨胀做功并不是只有燃烧一种形式。我们先来跑题，看看上世纪冷战时期美苏疯狂的核动力飞行器计划，为了实现洲际飞行，其配备的发动机取消了燃烧室，利用核反应堆的热量来加热空气使之膨胀推动飞行。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cblockquote\u003E\u003Cem\u003E【两台通用电气的涡轮风扇发动机借助两台被屏蔽起来的反应堆成功达到了近满功率输出。将核反应堆放出的热加到冲压发动机上的设备的研究产生了兴趣。这个研究被命名为“冥王星计划”（Project Pluto）。】\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fblockquote\u003E\u003Cp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002Fb6b8fe8d1e746f675c347bb_b.jpg\& data-rawwidth=\&502\& data-rawheight=\&354\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&502\& 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src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='640'%20height='427'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&640\& data-rawheight=\&427\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&640\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002Ff5a7a053ed239e46ed54_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002Ff5a7a053ed239e46ed54_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E米亚西舍夫设计局超音速核动力轰炸机M-60设计图\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F38b7bc421e56dedf8f8c_b.jpg\& data-rawwidth=\&640\& data-rawheight=\&224\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&640\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F38b7bc421e56dedf8f8c_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='640'%20height='224'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&640\& data-rawheight=\&224\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&640\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F38b7bc421e56dedf8f8c_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002F38b7bc421e56dedf8f8c_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E带有核动力方案的M-50\u003C\u002Fp\u003E\u003Cblockquote\u003E\u003Cp\u003E\u003Ci\u003E这是留里卡为米亚西舍夫设计的核-涡喷发动机СКБ-500。苏联工程师们对几种类型的核动力发动机进行了测试，包括冲压发动机，涡轮旋桨发动机机和涡轮喷气发动机。工程师对各发动机的不同传输机制进行了反复测试，其中重点验证各方案转递核反应堆产生的热能的情况。经过广泛的试验和各方案发动机、传送系统之间的反复对比，苏联工程师们的结论是：直接循环的涡喷发动机是最好的选择。设计人员决定采用直接循环的方式进行能源传输方式。这种方法将使用反应堆作为动力装置的能源，以取代喷气式发动机使用的燃烧。\u003C\u002Fi\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Ci\u003E在直接循环能量传输装置内，进入的空气进首先入涡喷发动机的压缩机，然后，通过一个引导空气通往反应堆堆芯的通风道。这个时候通入的空气中作为反应堆冷却剂的同时正在不断升温。离开后核反应堆堆芯后的空气又回到另一个通风道，并从那里经由发动机的涡轮喷出。\u003C\u002Fi\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fblockquote\u003E\u003Cul\u003E\u003Cli\u003E\u003Ch2\u003E\u003Cstrong\u003E 如何打造电动喷气机\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fh2\u003E\u003C\u002Fli\u003E\u003C\u002Ful\u003E\u003Cp\u003E从以上史料我们可以理解，喷气式发动机的燃烧室燃烧反应并不是高速飞行的必要条件，只要能有效地提供热源，使空气膨胀就可以了。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E而被称为钢铁侠的Elon Musk 同学声称要做的电动超音速垂直起降喷气机应该如何驱动呢？\u003C\u002Fp\u003E\u003Cblockquote\u003E\u003Cp\u003E“There is this airplane design that I’ve had in mind for about four years. It is a VTVL, supersonic electric jet,” ——Elon Musk\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E“…… If you just changed the engines, you could double the range. Then I did the math, saw that the higher you go in the atmosphere, there’s less drag, so the faster & more efficient it is. So an electric motored plane could really work……”\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fblockquote\u003E\u003Cp\u003EMusk认为电动超音速喷气机值得去做的主要依据是：飞机在高空飞行时，空气阻力小有助于减少损耗、提高效率，但是由于氧气稀薄，喷气式发动机的性能受到一定制约。而飞机自己携带氧气过于笨重就跟火箭没什么区别了。电动飞机取消燃烧室有可能做到不受任何含氧量限制，只要这个星球有适当密度的大气层就可以工作。为此需要寻求燃料之外的加热方法。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cb\u003E从Elon Musk核心的物理思维简单概括：飞机飞得越高，阻力越小，能耗越小，但是高空缺氧，燃烧产热不足，所以用电池提供电加热来替代。\u003C\u002Fb\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cbr\u003E\u003Cp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002Fd58f2711487bdc90182a7afb59308fde_b.jpg\& data-rawwidth=\&400\& data-rawheight=\&242\& class=\&content_image\& width=\&400\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='400'%20height='242'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&400\& data-rawheight=\&242\& class=\&content_image lazy\& width=\&400\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002Fd58f2711487bdc90182a7afb59308fde_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E国外有人提出了电弧加热的构想并申请了专利（Arcjet，而钢铁侠的能量源方舟反应炉的原文是Arc Reactor），该技术已经被应用在了卫星上，但是也有可能在大气层中发挥作用。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cbr\u003E等离子体发动机，或者说电磁推进，名字非常科幻，但是原理并不复杂：工作介质通过电弧时形成等离子体。在低气压下，电流遍及整个电极表面并在射流中形成一定分布。电流和磁场的相互作用使气体在轴向加速，产生很高的比冲。这种推进方式其实推力一般只有几十毫牛到几十牛，只能在真空环境下发挥作用。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cbr\u003E\u003Cb\u003E如果把燃烧室的火焰换成等离子体，在大气层中只需要利用小部分等离子体的高温让大部分气体膨胀到一定程度就可以工作，此时用电场、磁场使等离子体加速并无必要。但是如果保留只用于太空模式的电场加速装置的话，确实可能实现同一台发动机大气层内外通吃的科幻效果。\u003C\u002Fb\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E但是普通气体大约需要加温到6000℃以上才能产生微弱的电离，因此等离子体作为热源的效率显然不可能比电阻丝高。国外也有人提到掺入过热蒸汽来取代燃烧室的构想。另外如果在高空高速为工作前提，可以直接省去风扇，构成电加热冲压。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E等离子体除了用于外太空推进，还有一些其他有趣的应用场景，比如降低空气阻力。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cblockquote\u003E\u003Cem\u003E日本铁道综研技术研究所在“铁道综研技术论坛2013”（～30日）上，展示了通过在受电弓弓头（接触送电线的部件）上安装等离子体激励器等来降低空气动力噪声的研究成果。通过控制受电弓弓头周围的空气气流，来防止产生卡门涡街，从而抑制噪声的发生。这一成果除了受电弓弓头之外，还有望应用于无法改成流线型等形状的部件，降低空气动力噪声。\u003Cbr\u003E\u003C\u002Fem\u003E\u003Cem\u003E等离子体激励器通过向介电体施加交流电压来产生等离子体。\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fblockquote\u003E\u003Cp\u003E最后，笔者在搜集资料过程中，找到了一些有意思的研究：水中稳态等离子体推进效应研究\u003C\u002Fp\u003E\u003Cblockquote\u003E\u003Cem\u003E为了提高船舶的航行速度、降低运行噪声以及实现直线推进，本课题在国防科工委技术基础研究项目“舰船定向用等离子体推进技术的研究”的资助下。开展了基于稳态或脉冲等离子体效应的喷气式推进在舰船上应用的可行性探索，关于稳态等离子体推进模型的设计以及动力特性的研究是其中重点之一。\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fblockquote\u003E\u003Cp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002Fdd824abdc8fef354f29bb1_b.jpg\& data-rawwidth=\&1141\& data-rawheight=\&453\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&1141\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002Fdd824abdc8fef354f29bb1_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Fnoscript\u003E\u003Cimg src=\&data:image\u002Fsvg+utf8,&svg%20xmlns='http:\u002F\u002Fwww.w3.org\u002FFsvg'%20width='1141'%20height='453'&&\u002Fsvg&\& data-rawwidth=\&1141\& data-rawheight=\&453\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb lazy\& width=\&1141\& data-original=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002Fdd824abdc8fef354f29bb1_r.jpg\& data-actualsrc=\&https:\u002F\u002Fpic3.zhimg.com\u002Fdd824abdc8fef354f29bb1_b.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cnoscript\u003E\u003Cimg src=\&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002Fe5f7ed06cf5d337d15c6f3_b.jpg\& data-rawwidth=\&868\& data-rawheight=\&496\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&868\& 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Date(&T14:01:21.000Z&),&canComment&:false,&commentPermission&:&anyone&,&commentCount&:4,&collapsedCount&:0,&likeCount&:55,&state&:&published&,&isLiked&:false,&slug&:&&,&isTitleImageFullScreen&:false,&rating&:&none&,&titleImage&:&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F354bbf9c11a860f21b488f5bf226a211_r.jpg&,&links&:{&comments&:&\u002Fapi\u002Fposts\u002F2Fcomments&},&reviewers&:[],&topics&:[{&url&:&https:\u002F\u002Fwww.zhihu.com\u002Ftopic\u002F&,&id&:&&,&name&:&伊隆 · 马斯克（Elon Musk）&},{&url&:&https:\u002F\u002Fwww.zhihu.com\u002Ftopic\u002F&,&id&:&&,&name&:&SpaceX&},{&url&:&https:\u002F\u002Fwww.zhihu.com\u002Ftopic\u002F&,&id&:&&,&name&:&特斯拉汽车 (Tesla 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src=\&http:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002Fb4e04bd8adff46bc91a6c4_200x112.jpg\& data-rawwidth=\&388\& data-rawheight=\&251\& class=\&origin_image inline-img zh-lightbox-thumb\& data-original=\&http:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002Fb4e04bd8adff46bc91a6c4_r.jpg\&\u003E关于特斯拉能否打败传统汽车厂商的口水仗，各路媒体已经基本上把各种体位都试过，所有的料都嚼三遍，没什么意思了。那么我们就来一起提前猜想Musk下一步的电动垂直起降超音速喷气机，具体应该如何实现。先来梳理一下历史：在第二次工业革命那个科技日新月异…&,&reviewingCommentsCount&:0,&meta&:{&previous&:null,&next&:{&isTitleImageFullScreen&:false,&rating&:&none&,&titleImage&:&https:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002F50\u002Fad9acab38ea7cfc0f67983_xl.jpg&,&links&:{&comments&:&\u002Fapi\u002Fposts\u002F2Fcomments&},&topics&:[],&adminClosedComment&:false,&href&:&\u002Fapi\u002Fposts\u002F&,&excerptTitle&:&&,&author&:{&bio&:&风投新兵\u002F 公众账号: 啸语&,&isFollowing&:false,&hash&:&a4d2fa285c472d6a6ed78&,&uid&:72,&isOrg&:false,&slug&:&xiao-yu-41-82&,&isFollowed&:false,&description&:&&,&name&:&啸语&,&profileUrl&:&https:\u002F\u002Fwww.zhihu.com\u002Fpeople\u002Fxiao-yu-41-82&,&avatar&:{&id&:&1b651c15a&,&template&:&https:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002F{id}_{size}.jpg&},&isOrgWhiteList&:false,&isBanned&:false},&column&:{&slug&:&thenova&,&name&:&写给万分之一的创新者&},&content&:&\u003Cp\u003E新世纪福音战士新剧场版:序 这部电影中最高潮的屋岛作战，为了保证试做型阳电子炮的超高压放电，动用了全日本的电力，可以说这场作战成败的关键在于超导电力与存储系统。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E超导技术在很多人的印象里还停留在科幻片与实验室阶段，但是技术实用化的速度越来越快，很多技术已经从科幻片中走进了现实。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cimg src=\&http:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002Fd0e74f31b64e1256cd8d_b.jpg\& data-rawwidth=\&1186\& data-rawheight=\&688\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&1186\& data-original=\&http:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002Fd0e74f31b64e1256cd8d_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cimg src=\&http:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002Fad9acab38ea7cfc0f67983_b.jpg\& data-rawwidth=\&854\& data-rawheight=\&493\& class=\&origin_image zh-lightbox-thumb\& width=\&854\& data-original=\&http:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002Fad9acab38ea7cfc0f67983_r.jpg\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cp\u003E超导磁储能系统（Superconductor Magnetics Energy Storage）\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E2014年2月，住友电工的世界最大级别5千安超导电缆已经运行了1年半的时间。 这种材料采用钇、钡、铜等制成，实验中电缆没有发现劣化等现象，证实了其耐久性可达30年以上。古河电工能源与系统研究所副所长向山晋一说：“研究阶段可以说已经结束。今后要做的，是逐一攻克成本等实用化道路上的个别课题”。现在，超导电缆的价格大约是传统电缆的10倍左右。该公司将以开发高效量产技术、使1条电缆可通过更大电量以节约线材等，力争使超导送电的价格向传统电缆看齐。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E超导电缆的电阻的确为零，但维持超导状态需要在液氮的循环过程中对其进行不断冷却，这就需要使用冷冻机和泵。而冷冻机和泵会耗电，因此，严格来说，输电损耗并不为零。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cimg src=\&http:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002Fcaeefe957c44_b.jpg\& data-rawwidth=\&230\& data-rawheight=\&184\& class=\&content_image\& width=\&230\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cbr\u003E\u003Cp\u003E因为超导输电需要让液氮循环，所以一般采用的是平行设置往返两条电缆的方式。但考虑到远程使用和设置的自由度，采用多层构造的保温管，设计出了可让液氮在一根保温管中往返的构造。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E除此之外，超导技术在汽车方面也有很多进展，前一段时间，住友电气工业展示了配备超导马达的试制车。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cimg src=\&http:\u002F\u002Fpic4.zhimg.com\u002Fab958d1d943b3f87bafcaf83_b.jpg\& data-rawwidth=\&230\& data-rawheight=\&172\& class=\&content_image\& width=\&230\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cbr\u003E\u003Cp\u003E超导试验车\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E配备超导马达的丰田皇冠试制车，制造费用约折合10万美元，在85km\u002Fh的车速下，液氮冷却可以维持2小时。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E住友电气工业是重要的汽车线束制造与光纤通信电缆制造商，从1960年开始进行超导研究。该公司表示，争取10年内将超导电机搭载到业务用车。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E该公司此次试制配备超导马达的电动汽车的理由是，在以线性马达车等铁路车辆为首，超导电缆及船舶用超导马达等逐步迈向实用化的情况下，让人们知道超导的应用其实离现实生活非常近。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cimg src=\&http:\u002F\u002Fpic1.zhimg.com\u002Ffd797fa0912cca_b.jpg\& data-rawwidth=\&230\& data-rawheight=\&254\& class=\&content_image\& width=\&230\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cbr\u003E\u003Cp\u003E超导电动机及其冷却系统\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E爪极型直流超导马达，定子采用超导线圈，转子采用铜线。另外，定子的超导线圈中虽然可通100A以上的电流，但考虑到安全因素，目前最大只通到40A的电流。超导线圈采用的是该公司已上市的铋（Bi）类线材“DI-BSCCO”，总长240m，线材尺寸为宽4mm×厚0.2mm。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E马达上部配备有容积4L的液态氮容器，用来冷却定子，以产生超导状态。利用4L液态氮，可在超导状态下行驶2小时左右。超导线圈由热电偶和电流传感器监控，可以在温度上升破坏超导状态前，切断供电。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cfigure\u003E\u003Cimg src=\&http:\u002F\u002Fpic2.zhimg.com\u002Ff82525e1_b.jpg\& data-rawwidth=\&230\& data-rawheight=\&172\& class=\&content_image\& width=\&230\&\u003E\u003C\u002Ffigure\u003E\u003Cp\u003E在发动机部分配备马达\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E此次的原型车为丰田汽车的“Comfort”。在拆掉发动机后空出的部分设置了马达，并使其与手动变速器连接起来。马达的输出功率为31kW（3000rpm时），外形尺寸为直径约300mm×长400mm。电源由12个12V的铅蓄电池串联而成，电压提高到了144V。由于电动机在转速很低的状态下也具有扭矩，因此试运行时，将手动变速器固定在了5档上（图3）。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E首先配备于业务用车\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E住友电气工业表示，超导马达用于船舶动力正在接近实用化。预计在陆上运输领域也存在需求。希望今后将在混合动力车、插电式混合动力车及电动汽车等电动车辆中配备超导马达，以实现马达的小型化及低电压化。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E关于超导马达的实用化，该公司表示在使用频率不高的乘用车进行配备还为时尚早，不过将力争10年内能够配备于大巴等业务用车。如果是业务用车的话，可以设想出这样的行驶模式：暂时不安装冷冻机，而是配备可供行驶一天所需的冷却用液态氮。将来冷冻机改进后，小型冷冻机将达到能够配备于乘用车的尺寸，便利性也将得到提高。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E另外，超导电机与配备液氢的氢燃料电池车可以说是完美搭配，液氢取代液氮，可以进一步降低电机温度，提高承受电流。在目前技术条件下，利用液态氮冷却，只能通200A左右的电流，而利用液态氢使其冷却至20K（－253℃），则可以通高达1000A的电流。这样，可以进一步减小马达尺寸，简化整车结构，提高输出功率。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E本文改编自 \u003Ca 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