是否有可能在三小時內從倫敦飛抵紐約，而且無需花費一個小國的GDP用於燃油？一家加州新創公司和一家英國工程公司認為，憑藉一種「變色龍」發動機，這是完全可以實現的。
2003年協和式飛機最後一次降落的那天，民用超音速飛行也隨之終結。它的消亡並非源自於速度不足，而是源自於一條殘酷的經濟法則：效率低落。協和式飛機是一項技術奇蹟，但它消耗資金（和煤油）的速度卻不可持續，尤其是在亞音速飛行時，這使得只有金融精英才能負擔得起它的機票。
然而，在主流媒體一片沉默之際，一場有趣的科技聯姻正在英國和矽谷之間悄悄發生。以超高功率密度馬達（例如用於蓮花Evija等超級跑車）而聞名的英國公司Helix ，與美國新創公司Astro Mechanica攜手合作。他們的目標是什麼？打造Duality－一種旨在使3馬赫飛行不僅成為可能，而且在經濟上可持續的混合動力推進系統。
不是「普通」的噴射發動機
要了解這則新聞為何值得關注，我們需要深入探討。大多數超音速專案失敗的原因在於它們試圖在經典的渦輪噴射引擎基礎上進行微小的改進。而Astro Mechanica公司卻反其道而行之，決定將其一分為二。
在傳統噴射發動機中，產生動力的渦輪機與推動空氣的風扇機械連接。這是一個巨大的限制：渦輪機的最佳轉速幾乎永遠不會是風扇的最佳轉速，尤其是從起飛過渡到超音速飛行時。
二元性體系打破了這種連結：
- 核心零件：燃氣渦輪機（或渦輪發電機）僅作為發電機工作，以其恆定的最佳速度運轉。
- 肌肉：產生的能量驅動電動馬達（由 Helix 提供），從而驅動壓縮機和風扇。
這種「權力分離」使得引擎能夠像空氣動力學變色龍一樣，適應三種不同的飛行模式。這並非科幻小說，而是應用工程技術來解決邊際效率問題。
未來超音速飛機設計師的圖片
三合一引擎：自適應循環
對於那些關注工業效率的人來說，最引人入勝的方面是引擎能夠根據轉速改變自身外觀。以下是聯合循環「神奇」的工作原理：
- 模式一：渦扇（亞音速）在起飛和低速飛行期間，電動馬達驅動風扇以低速推動大量空氣。結果是：高效率、低噪音和低油耗。這正是協和式飛機所缺乏的，它在起飛時就像一台水泵一樣耗油。
- 模式 2：渦輪噴射引擎（跨音速）當接近音障時，系統會改變配置。燃油噴射和空氣管理系統會將其轉換為純渦輪噴射發動機，這種發動機非常適合在不損失推力的情況下突破音障。此時，渦輪風扇發動機的通道關閉，空氣集中在渦輪噴射發動機。
- 模式 3：沖壓式引擎（超音速 3 馬赫）這就進入了火箭領域。在超過 2 馬赫的速度下，引擎幾乎可以「關閉」複雜的旋轉部件，並利用進入空氣的動壓（沖壓）進行燃燒。 <sup>6</sup> 沒有笨重的運動部件，只有純粹的熱力學推力。
AI對引擎運轉的理想化
數字：Helix 的力量
如果沒有輕巧強勁的電動機，這一切都只是一場漂亮的PPT演示而已。而Helix公司正是解決這難題的關鍵。這家位於米爾頓凱恩斯的公司為第四代原型機提供了電動馬達。
讓我們來分析一下所提供的技術數據，因為，正如常言所說，細節決定成敗：
| 規格 | 當前原型（第四代） | 未來目標（第五代） |
| 電動機 | 4x Helix SPX242-94 | 客製化螺旋設計 |
| 每具引擎的重量 | 31.3公斤（69磅） | – |
| 峰值功率 | 400千瓦（每台） | 950千瓦 |
| 持續功率 | 300千瓦 | 900千瓦 |
| 最大扭力 | 470牛頓米 | 575牛頓米 |
| 旋轉制度 | 最高轉速可達17000轉/分 | 20,000轉/分鐘 |
Helix公司首席工程師德里克·喬丹努-貝利強調，這些引擎非凡的功率重量比是應對超音速氣流「極端需求」的唯一關鍵。我們說的是那種重量堪比大型犬，卻能爆發出超級跑車般的動力引擎。
經濟賭博
從宏觀經濟角度來看，這個計畫有何意義？因為 Astro Mechanica 的目標不僅是速度，還有每位乘客的成本。
該計劃要求使用液化天然氣 (LNG)代替昂貴的航空煤油 Jet A-1。
- 成本：液化天然氣的成本約為傳統航空燃料的十分之一。
- 能量密度：提供更高的熱值，從而實現更大的自主性。
- 排放：燃燒更乾淨（二氧化碳減少 30%），這是避免徵收阻礙現代航空業發展的環境稅的一個重要因素。
其基本理念純粹是經濟性的：投資尖端技術，創造新市場。如果你能以目前商務艙機票的價格，讓乘客在四個小時內從舊金山抵達東京，那麼你賣的就不僅僅是機票，而是在改變全球物流和國際貿易的節奏。
挑戰：並非所有事物都是黃金
顯然，作為優秀的現實主義觀察者，我們必須提出質疑。
- 熱管理：以3馬赫的速度運轉高功率電動機會產生極高的熱。 Helix公司開發了一種用於高空的“新型引擎隔熱系統”，但物理定律仍然適用。在如此高的速度下散熱才是真正的難題。
- 整合：協調渦輪機、發電機、電動機和可變氣流需要龐大的控制軟體。
- 電池與發電機：該系統採用「渦輪電力」技術，從而避免了電池重量的問題（電池的能量密度永遠無法滿足超音速飛行的要求），但也增加了機載飛行動力裝置的複雜性。
未來會是這樣嗎？
「雙重性」計畫代表了一種大膽的工程技術，而西方似乎已經將這種技術遺忘，轉而投身於智慧型手機應用。英國在電動機方面的專業技術與美國在航空航太領域的雄心壯志結合，或許能真正開啟民用超音速飛行的新紀元。
如果第五代原型機能夠兌現其承諾，在20000轉/分時持續輸出900千瓦的功率，那麼我們或許就能見證協和式飛機的精神（和經濟）繼承者。目前，我們還是腳踏實地一些，但也要關注速度表：3馬赫固然代表著速度，但距離真正實現還有很長的路要走。
問答
協和式飛機失敗的原因是什麼？這個專案能成功嗎？
協和式飛機使用帶有加力燃燒室的純渦輪噴氣發動機，這種發動機在低速飛行時效率極低，噪音也很大。這使得營運成本高昂，並限制了其航線。 Duality引擎採用混合動力系統，起飛時表現得像一台高效能的渦輪扇發動機（低油耗、低噪音），高速飛行時則變為沖壓式發動機。 <sup>10</sup> 此外，計劃使用液化天然氣（LNG）將大幅降低燃料成本，遠低於航空煤油。 <sup>11</sup>
「電動」引擎卻使用燃料，這代表什麼？
它並非電池驅動的飛機，而是渦輪電力或串聯混合動力系統。燃氣渦輪機燃燒燃料（液化天然氣或航空煤油）並透過發電機發電。這些電力驅動螺旋槳電機，進而帶動風扇和壓縮機運轉。這種設計將發電與推進過程解耦，使每個部件都能以最佳轉速運轉，從而最大限度地提高熱力學效率。而傳統引擎由於直接的機械連接，熱力學效率往往會受到影響。
我們什麼時候才能看到這些飛機飛行？
我們目前仍處於引擎的高級原型階段。 Astro Mechanica公司正在測試「第四代」引擎並設計「第五代」引擎。在看到載客飛機之前，這項技術很可能會先應用於軍用無人機或實驗性貨運飛行器。樂觀估計，跨太平洋演示飛行預計將在本十年末完成，但民用航空需要非常長的認證週期。實際上，載客飛行速度達到3馬赫的飛機可能要到2030年代才會出現。
文章《Duality：混合動力引擎以合理的成本重燃超音速夢想》來自Scenari Economici 。
這是在 Tue, 02 Dec 2025 08:00:35 +0000 在 https://scenarieconomici.it/duality-il-motore-ibrido-che-vuole-riportare-in-vita-il-sogno-supersonico-a-costi-decenti/ 的報紙 “Scenari Economici” 上發表的文章的翻譯。