全碳纤维复合材料结构！XB-1超音速原型机试飞成功，时速达440千米/小时

Boom Supersonic公司正在开发全球速度最快的客机—Overture，Overture的飞行速度将是现有客机的两倍，并经过优化，可使用高达100%的可持续航空燃料（SAF）。截至目前，Overture飞机的订单量已经达到130架，客户包括美国航空公司、美国联合航空公司和日本航空公司的订单和预购。

出于安全角度考虑，近年来该公司一直在打造Overture型超音速飞机三分之一比例的演示器——XB-1超音速演示飞机。3月22日，Boom Supersonic公司宣布，全球首架独立开发的超音速喷气式飞机XB-1在加利福尼亚州莫哈韦的莫哈韦航空航天港成功飞行。与Overture一样，XB-1利用最先进的技术实现高效的超音速飞行，包括碳纤维复合材料、先进的航空电子设备、数字优化的空气动力学和先进的超音速推进系统。

XB-1从莫哈韦航空航天港起飞，这款超音速飞机的试飞也是在多次具有历史性意义首次飞行的同一空域飞行，包括贝尔X-1、北美X-15和洛克希德SR-71黑鸟的飞行。XB-1于太平洋时间周四（3月21日）上午7:28起飞，12分钟后，于上午7:40降落。XB-1达到了所有测试目标，包括安全成功地达到7120英尺（约2170米）的高度和高达238节（440千米/小时）的速度。

在协和飞机退役20年后，XB-1的首次飞行标志着民用超音速飞机重返天空，并为主流超音速旅行的复兴铺平了道路。XB-1项目为Overture的设计和开发奠定了基础，同时在工程和制造中建立了安全第一的文化。XB-1验证了关键技术和创新，包括：

• 增强现实视觉系统：两个安装在机头上的摄像头，通过姿态和飞行路径指示进行数字增强，为高分辨率飞行显示器提供信息，从而实现卓越的跑道能见度。该系统能够在没有可移动机头的重量和复杂性的情况下提高空气动力学效率。

• 数字优化空气动力学：工程师们使用计算流体动力学模拟来探索XB-1的数千种设计。最终得到了一种优化设计，将起飞和着陆时的安全稳定操作与超音速时的效率相结合。

• 碳纤维复合材料：XB-1几乎完全由碳纤维复合材料制成，使其能够在坚固、轻质的结构中实现复杂的空气动力学设计。

• 超音速进气口：XB-1的发动机进气口将慢速超音速空气吸入亚音速，有效地将动能转化为压力能，使传统喷气发动机能够从起飞到超音速飞行为XB-1提供动力。



在完成试飞后，3月23日国外媒体对该事件进行评论时指出：此次XB-1的成功试飞除了验证先进材料和系统以外，还有另一个重要用途：筹资。公司的目标是让Overture客机在2030年前进行首次飞行，但实现这一目标将耗资巨大。截至目前，Boom公司已经筹集了超过7亿美元，但Overture的整体开发成本可能超过80亿美元。

XB-1中的碳纤维复合材料

关于超音速飞机中使用的关键材料，正如Boom网站宣布的那样“木头会腐烂，织物会腐坏，钢铁太重，钛价格昂贵，铝不能承受热量，因此，碳纤维复合材料在刺激创新。”

XB-1的大部分机身结构以及一些支架都是由轻质碳纤维复合材料制成的，这些复合材料具有高强度和低CTE（热膨胀系数），它们的膨胀速度与钛更接近，钛也是XB-1的关键材料。复合材料已被证明能够承受腐蚀和磨损，使其成为暴露在恶劣环境中的零件的首选材料。在协和飞机（上世纪80年代商业化运营的超音速飞机，于2003年停飞）的设计过程中，复合材料并没有经过全面的航空测试和验证，协和飞机设计于20世纪60年代，其材料从独特的铝合金和钢到不锈钢蜂窝和树脂粘合玻璃纤维，这些材料能承受极端高温，但并不都是轻量化的（这引发了对更多燃料的需求）。

XB-1最大的复合材料部件是前机身，也最复杂。该部件在其47英尺的长度上有效地接收和传输负载

具体而言，作为超音速演示飞机XB-1的关键原材料，碳纤维复合材料是不可或缺的，该演示飞机的机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼、进气口、副翼和方向舵均采用了日本东丽公司下属Toray Advanced Composites公司的TC350-1增韧环氧预浸料制成，在外部还预涂了美国Hexcel公司的IM7碳纤维，只有发动机机舱和后机身是金属的。

TC350-1增韧环氧预浸料采用了日本东丽Toray Advanced Composites生产的一款高温固化体系树脂，它兼具热/湿性能、机械性能转换和韧性的优点，并充分利用了高压釜制造工艺的优势，展示了高压釜加工材料的强度。TC350-1树脂体系对于确保XB-1在飞行过程中所经历的高温下保持强度至关重要。据Boom公司称，标准商用机身的工作温度范围为160°F至-65°F。而超音速飞行器在2.2马赫的速度下，XB-1结构可能一次连续几个小时超过300°F的高温。因此，350°F高温TC350-1增韧环氧预浸料可为超音速飞行提供安全防护。

XB-1的前机身由碳纤维复合材料舱壁和蒙皮制成。该公司通过层压工艺制备了独立的蒙皮和舱壁，然后使用蒙皮层压工具作为装配夹具来固定蒙皮，同时将复合材料舱壁粘合到位。它们与EA 9394/C2环氧糊状粘合剂粘合在一起，并使用计量学将整个机身的每个舱壁和下部结构精确地定位在0.04英寸之内。其他许多结构如机翼、垂直尾翼和进气口，也使用相同的过程。

飞行控制表面包括水平尾翼、副翼和方向舵，是通过薄膜胶粘剂粘结在一起的实心结构。动臂制作了外皮和肋骨，然后加工了芯部以匹配外皮。完成后，将它们用定制设计的组装工具粘合在一起。动臂使用构造块方法来测试XB-1机身。早期，该公司为该程序购买了一个负载框架，因此团队可以表征层压板的特性。从那里开始，Boom建造了粘结和紧固接头组件以进行组件级测试，然后对各种测试和飞行物品进行全面的结构测试。（来源：碳纤维及其复合材料技术）