美英团队将打造马赫3混合动力电动发动机，用于“下一代”超音速

AI科技 2026年05月17日 13:58 50 aa

自协和式客机（Concorde）退役以来，商业超音速飞行一直受困于一个残酷的物理与经济悖论：能够突破音障的发动机在亚音速巡航时效率极低，而高效的亚音速发动机又无法提供超音速所需的推力。

然而，这一长达数十年的僵局或许即将被打破。英国高性能电机制造商Helix与美国航空航天初创公司Astro Mechanica近日宣布达成战略合作，双方将共同研发一款代号为“Duality”（二元性）的混合动力推进系统。这一系统不仅承诺将人类带回超音速时代，更将目标速度锁定在惊人的3马赫（约3675公里/小时），这几乎是协和式客机速度的1.5倍。

解耦的艺术：从机械连接到“电传动力”

超音速飞行的新喷气发动机架构。螺旋 / Astro Mechanica

传统喷气式发动机的核心逻辑在于机械连接——涡轮通过物理轴驱动前方的压气机或风扇。这种刚性结构决定了发动机只能在特定的速度区间内保持最优效率。然而，Astro Mechanica提出的“Duality”概念彻底颠覆了这一百年教条。

作为一种自适应循环发动机，“Duality”采用了一种被称为“涡轮发电机-电动机”的解耦架构。在这种设计中，核心燃气轮机不再直接驱动风扇，而是作为一台高效的发电机，将化学能转化为电能。随后，这些电能被输送至独立的电动机，由电动机驱动压气机和风扇。这种看似多余的能量转换步骤，实际上赋予了发动机前所未有的自由度：风扇的转速不再受制于核心机的转速。

这种架构使得“Duality”能够像一只变色龙一样，在不同的飞行阶段通过软件调整呈现出三种截然不同的物理特性。在起飞和亚音速巡航阶段，它模拟高涵道比涡扇发动机，确保燃油经济性和低噪音；在跨音速和低超音速阶段，它转换为涡喷模式，提供强劲推力；而在极端的3马赫巡航阶段，发动机内部的气流路径可被重新配置，模拟冲压发动机（Ramjet）的工作原理，利用高速气流自身的激波进行压缩，从而实现传统涡轮机械无法企及的热效率。这一技术路径被业内视为解决超音速飞行高成本问题的“圣杯”。

功率密度的胜利：Helix电机的工程奇迹

Helix和Astro Mechanica的解决方案将为超音速喷气发动机提供动力。图片来源：Helix / Astro Mechanica

要实现上述愿景，核心挑战在于电动机的性能极限。在航空航天领域，重量是最大的敌人，而3马赫飞行产生的高温环境更是对电子设备的严酷考验。这正是英国公司Helix介入的关键所在。

Helix航空航天首席工程师德里克·乔达努-贝利（Derek Jordanou-Bailey）透露，目前测试的第四代推进系统原型机采用了四台代号为SPX242-94的特制电动机。这一电机的数据令工程界震惊：单体重量仅为31.3公斤（69磅），却能爆发出400千瓦（kW）的峰值功率和470牛·米的扭矩。换算下来，其功率密度达到了惊人的12.7千瓦/公斤，远超目前电动汽车行业的主流水平。

“我们的电动机不仅仅是动力源，它们是重塑航空航天领域可能性的基石，”乔达努-贝利表示。在实际工况中，这些电机需要在高达20,000转/分钟的转速下稳定运行，并确保持续输出300千瓦的功率。为了应对高空稀薄空气中可能发生的电弧放电以及超音速飞行带来的热障问题，Helix开发了一套专门的高压隔离系统和冷却方案。这种极端条件下的可靠性，是将“Duality”从纸面概念推向实用化的关键一步。

跨越太平洋的野望：第五代推进系统与商业化前景

目前，双方的合作已不仅限于纸面。基于第四代原型机的成功，Helix正在为Astro Mechanica即将到来的第五代推进系统制造定制化的全尺寸电动机。这些新型电机将在发电机模式和推进模式下持续输出高达900千瓦的功率，并在极限性能下达到950千瓦。

超音速飞行的新喷气发动机架构。图片来源：Helix / Astro Mechanica

Astro Mechanica的最终目标是利用这一技术打造全球首架具备跨太平洋飞行能力的商用超音速客机。与此前主要针对跨大西洋航线的超音速项目（如Boom Supersonic）不同，3马赫的速度意味着从洛杉矶飞往东京的时间将被压缩至前所未有的短促区间，且单座成本有望控制在商务舱旅客可接受的范围内。

如果这一愿景得以实现，它将标志着航空动力形式的一次范式转移——从纯粹的热力学机械，转向热力学与电磁学的深度融合。正如乔达努-贝利所言：“Astro Mechanica的发动机向世界展示，无与伦比的功率密度有望彻底改变整个行业的工程逻辑和经济格局。”在这个被“慢速高效”主导了半个世纪的航空业中，Duality引擎或许正是那个能够同时驾驭速度与效率的破局者。