美国高超音速测试原型机首次飞行，自主研发涡轮基组合循环发动机

摘要：美国航空初创公司Hermeus27日宣布，夸特马Mk1（QuarterhorseMk1）无人机于上周在加利福尼亚州爱德华兹空军基地首次升空，并“实现了稳定飞行和平稳降落”。该公司发布的视频显示，该原型机完成起飞并在空中短暂飞行后不久便降落在爱德华兹的干涸湖床上

据战区网站2025年5月27日报道，美国航空初创公司Hermeus27日宣布，夸特马Mk1（QuarterhorseMk1）无人机于上周在加利福尼亚州爱德华兹空军基地首次升空，并“实现了稳定飞行和平稳降落”。该公司发布的视频显示，该原型机完成起飞并在空中短暂飞行后不久便降落在爱德华兹的干涸湖床上，这是其高超音速测试飞机项目的一部分。Mk1飞行原型机的首飞原计划于2023年进行，后推迟至去年夏季，最终于本月达成里程碑。首飞测试重点验证了高速系统最具挑战性的起降能力，也证实了在飞机研发中采用快速迭代方法的可行性。测试数据将用于正在亚特兰大总部建造的第二架测试机Mk2。

Hermeus公司于2018年成立，2019年5月14日宣布成功完成了首轮融资，由美国科斯拉风险投资公司领投，参与投资的还有其他个人投资者。本轮融资将主要用于Hermeus高超声速推进系统的研发和测试工作。Hermeus早期获得空军研究实验室支持，2020年获150万美元合同，2021年宣布获得空军和风险投资公司6,000万美元资金，用于支持夸特马飞行测试计划。国防创新部门还将其纳入"高超音速与高频次机载测试能力"计划，旨在增强五角大楼项目的试飞支持能力。Hermeus公司的创始人中有多人来自SpaceX公司和蓝色起源公司，全部四位创始人具有在时代轨道发射服务公司共事的经历，还共同主导了美国空军X-60A高超声速飞行试验平台的研发工作，其公司顾问委员会包括有来自洛马公司臭鼬工厂、蓝色起源、FAA等军工巨头、高科技航空航天企业、政府部门等领域的高级官员，将协力帮助Hermeus公司从安全、市场、技术、发展等角度制定和修正公司战略。

该公司致力于研发飞行速度超过5马赫的高超声速飞机。打破SR-71“黑鸟”侦察机在1976年创下的吸气式载人飞机绝对速度纪录——3,529.6千米/小时，并探索5马赫以上的高超音速领域。夸特马Mk1无人机机身外部呈现出相对“粗糙”的质感，其前身是被称为夸特马Mk0的“动态铁鸟”测试平台。这个非飞行原型机曾用于验证主要飞机子系统，包括在田纳西州图拉霍马市美国空军阿诺德工程开发中心（AEDC）进行的滑行测试。Hermeus在2021年11月推出“原型机”，2021年版本的原型机缺乏明显的飞行控制面，但配备了带加力燃烧室的可运行发动机。在整个项目过程中，Hermeus始终强调快速迭代开发和原型设计。夸特马Mk0仅用六个月就完成建造，其所有测试目标在37天的测试中全部达成。Hermeus表示Mk1原型机从设计草图到具备飞行能力仅用了一年多时间，该公司正在建造四架复杂程度和功能范围逐步提升的夸特马飞机。

夸特马Mk1旨在验证低展弦比机翼、高翼载荷和低推重比构型下无人驾驶飞机的起降能力，显然未计划用于高速飞行测试。该机由通用电气J85涡轮喷气发动机提供动力，这款发动机也用于美国空军T-38“禽爪”喷气教练机，2024年12月，Hermeus在爱德华兹干湖床上完成该机的地面测试，最终以240千米/小时速度进行了全加力滑行测试。Mk1的飞行测试计划还包括对空气动力学、稳定性与操控性的评估，验证推进系统、燃油系统、液压系统、动力系统、热管理系统、航空电子设备、飞行软件、遥测技术、飞行终止系统以及指挥控制系统等子系统。

该公司后面将推出夸特马Mk2，其目标是达到3马赫以下的超音速速度。该机采用三角翼和可变进气口设计，尺寸与洛克希德·马丁公司的F-16相当，设计速度可达2.5马赫。目前该机正在Hermeus总部所在地亚特兰大进行组装，预计今年晚些时候首飞。Mk2将搭载F-16战斗机的普惠F100涡轮风扇发动机，将配备Hermeus专有的预冷技术，该技术对后续Mk 3机型突破5马赫高超声速门槛至关重要。预冷技术通过在压缩前对进气进行冷却，可使传统涡扇发动机在更高速度下保持效率。这种技术需借助热交换器和液氢等低温燃料实现。

夸特马Mk3则将突破3马赫的速度，将在飞行中演示涡轮喷气发动机到冲压发动机的模式转换，并打破SR-71保持的历史空速纪录。夸特马系列的核心是名为"奇美拉"（Chimera）的涡轮基组合循环（TBCC）发动机。这种设计将适用于高速飞行的冲压发动机或超燃冲压发动机，计划将预冷F100发动机与冲压发动机集成于Mk 3验证机。在爱德华兹空军基地进行的地面测试中，研究团队获取了F100发动机与预冷器在不同负载条件下的交互数据。这些数据将指导后续模拟高马赫工况的加热空气测试，为真实飞行环境的技术验证奠定基础。Hermeus仅用21个月和1,800万美元就达成了目标，自主生产了奇美拉发动机，其中15%部件采用3D打印技术制造以控制成本。Hermeus于2022年11月17日发布视频，展示了其高超音速发动机成功完成涡轮喷气模式到冲压喷气模式的转换，安装奇美拉发动机的飞机在起飞和加速阶段依赖涡轮喷气发动机，当飞机达到约2马赫时启动冲压发动机，配备预冷器降低进入涡轮喷气的空气温度，使涡轮喷气在模式转换前能压榨更多性能。约3马赫时，奇美拉发动机开始完全绕过涡轮喷气，完全依赖冲压发动机将飞行器加速至5马赫或更高。

Hermeus声称其夸特马项目主要面向商业市场，目标是推出“全球最快的可重复使用飞行器”。与任何旨在探索高超音速领域的高速飞行器项目一样，该项目面临巨大挑战，失败风险较高。然而如果一切按计划推进，Hermeus的夸特马系列可能为美国空军探索未来潜在的高超音速和超音速行政运输机概念提供支持。除此之外，Hermeus正在研发的部分技术可能被美国军方用于其他领域，比如运输时间敏感物资和侦察、为高超音速技术提供测试平台，甚至制造高超音速靶机。若想成功将可重复使用高超音速飞行器推进到硬件阶段并实现快速研发，Hermeus仍面临诸多挑战。