近日，美國空軍（USAF）宣布授予Exosonic、Hermeus和Boom超音速小型商業合同，用于研制一種潛在的超音速運輸機。

Boom Supersonic在9月8日的聲明中說，公司獲得的合同資金將資助基于Overture飛機的配置探索，該公司正在為商業超音速飛行開發該飛機。Overture將采用碳纖維復合材料在高溫下保持強度，比超音速協和式飛機上使用的鋁合金更好。根據該公司的一份聲明，復合材料在超音速條件下的膨脹和收縮比金屬小得多，使Overture在概念上能夠以更高的速度飛行。

　　此前，Boom宣布，其超音速演示機XB-1將于2020年10月7日推出。XB-1是上架自主研發的超音速噴氣機，將展示Overture、Boom商用客機的關鍵技術，如先進的碳纖維復合材料結構、計算機優化的高效空氣動力學和高效的超音速推進系統。分析建造的XB-1的材料也讓我們距離了解Overture更進一步。

　　制造超音速飛機的材料

　　木頭易腐爛，織物太脆弱，鋼鐵過于笨重，鈦則太昂貴，而鋁不能一直承受熱量，于是，碳纖維復合材料刺激了創新。

　　其實，飛機材料的歷史——部件是由什么構成的——就像一部現代工程編年史。

　　今天的飛機包括多種材料，其中許多材料在50年前并不廣泛使用或根本不可行。在過去的兩年里，抓狂的工程師們一直在測試超音速飛行的材料，他們將創新材料和傳統材料結合在了超音速演示飛機XB-1上。

　　XB-1的材料是根據幾十個因素選擇的。在建造的每一步，工程師們都要平衡性能、成本、強度和重量的要求。在設計中每減少一磅重量，就會增加一磅燃料，從而使XB-1在超音速飛行時飛行時間更長。因此，對每一種材料及其后續部件的分析都是有條不紊的。材料也要經過時間的檢驗，看它們的性能如何；在整個飛機使用壽命中，每個部件都必須保持其機械性能，這意味著在飛行500小時后，性能要與飛行50小時時一樣好。

　　對于超音速飛機來說，由于空氣動力加熱的獨特問題，材料還必須提供熱阻。超音速飛行時，飛機上的空氣壓縮更大，從而產生更多的熱量。由于所有的金屬在受熱時都會膨脹并失去強度（在速度超過5馬赫時，大多數金屬會熔化或變得非常柔軟，于是彎曲，失去其特性），所以超音速飛機的材料在選擇時都必須考慮空氣動力加熱問題。

　　在維持強度和耐熱性的基礎上，XB-1主要材料如下：

　　碳纖維復合材料

　　XB1的大部分機身結構以及一些支架都是由輕質碳纖維復合材料制造的，這種材料具有較強的強度和較低的CTE（熱膨脹系數）。它們的膨脹速度更接近于鈦，而鈦也是XB-1的關鍵材料。復合材料被證明能夠經受腐蝕和磨損，使它們成為機身結構選擇的一種元素。

　　在協和式飛機的設計過程中，復合材料并沒有經過充分的航空測試和證明，盡管飛機確實包括了它們。協和式飛機設計于20世紀60年代，其制造材料從獨特的鋁合金和鋼，到不銹鋼蜂窩和樹脂粘結玻璃纖維（一種復合材料）。這些材料可以承受極高的溫度，但并不都是輕質的（這就需要更多的燃料）。我們只能想象協和式飛機的工程師會如何使用今天的復合材料來改善重量和熱挑戰。

　　鈦合金

　　鈦合金具有超強的強度，還可以與碳纖維復合材料兼容。這兩種材料具有相似的熱特性，膨脹速度也比較接近，使它們成為超音速飛機制造的理想搭檔。

　　XB-1的主起落架艙壁由重66磅的4英寸厚的鈦合金板制造。它是XB-1中強度重量比高的材料之一，在著陸速度下艙壁將承擔大部分載荷。當XB-1著陸時，艙壁將吸收來自每個起落架的112,000磅的力。出于強度的要求，大多數后機身由鈦制造。

　　雖然在這些特定的情況下，鈦合金是理想的，但也不可能在整個飛機制造中全采用這種金屬。原因很簡單，成本！鈦合金極難獲得，所以非常昂貴，目前平均每磅40美元，而鋁每磅約1美元（兩種價格因市場條件和金屬購買方式的不同而差異很大）。

　　鈦合金也很難制造。然而，鈦合金蒙皮飛機確實存在：其中著名的是洛克希德·馬丁SR-71黑鳥。在飛機的發展過程中，鈦合金蒙皮是間諜飛機家族的一部分，必須制造專門的鈦合金工具，因為普通的金屬工具會折斷更脆的鈦合金。巧合的是，SR-71包含了一些早用于飛機制造的碳纖維復合材料。

　　Ultem 9085

　　Ultem（聚醚酰亞胺）9085這種熱塑性材料不僅可以3D打印，而且堅固、輕便、阻燃。在XB-1中，三次支架、夾塊、墊片、導管和燃料關閉器大部分是在內部生產的，使用3D打印Ultem 9085。

　　由于允許快速設計迭代，3D打印的Ultem 9085可以節省時間和金錢。在3D打印技術出現之前，復雜的飛機部件都是用一塊堅實的材料加工出來的，通常需要花費較長的時間和較高的成本。