美国航空航天初创企业Hermeus公司在2019年5月公开披露了Ma5一级高超声速民用飞机研发项目，之后在不到一年的时间内取得了重大进展，甚至得到美国空军的青睐，研发成果被认为是配装未来“空军一号”的绝佳选择。
美国初创企业Hermeus公司在2019年5月公开披露了Ma5级高超声速民用飞机研发项目，计划充分利用现有和短期内可实现的技术，研制一型最大巡航速度Ma5、载客20人左右、航程约7400km的高超声速民用飞机，初步目标是在2020年代末投入商业运营。
飞行器设计
Hermeus公司目前披露的飞机概念图显示，该机采用了大后掠三角翼、无平尾加双垂尾布局，其中三角翼在翼尖部分采用了可弯折变体翼尖设计，在起降和低速段呈平直开展或小角度弯折状态，在高马赫状态下会大角度向下弯折，以强化乘波效应，显著增加升力，同时也起到了垂直安定面的作用增加高速飞行条件下的航向稳定性。推进系统布置在机腹，利用前机身压缩效应，配合机腹进气方式进行来流空气增压。
不过，该公司首席技术官格伦·凯斯表示，这张图只是目前阶段的设计，最终的方案可能会大不一样。
Ma5高超声速飞机概念图。
动力装置
“协和”号客机的飞行速度是Ma2。而同为初创公司的Boom在研的超声速商用飞机的目标为Ma2.2。由洛马制造的NASA X-59的巡航速度约为Ma1.42。与这些相比，Hermeus公司宣称的Ma5级高超声速民用飞机研发项目更为雄心勃勃。
为此，Hermeus公司采用了由涡轮发动机与亚燃冲压发动机组合而成的涡轮基组合循环（TBCC）发动机。其中涡轮发动机将采用现货发动机进行改进，前端加有一套公司内部研制的预冷装置，涡轮和冲压采用共用的进气道和尾喷管。涡喷发动机的工作区间是从起飞至Ma3.3，而亚燃冲压发动机的工作区间则是从Ma2.8到Ma5。该发动机采用常规的航空燃油。
配装了组合循环发动机的飞机，可以像普通飞机一样在亚声速涡喷发动机驱动下从普通机场起飞，然后在飞行的中间段可以切换到冲压喷气模式加速到高超声速，然后返回到涡喷模式减速着陆，而无需借助专门的基础设施。组合循环发动机可以在两种模式下工作，无需单独的发动机或火箭助推器。但是，在高超声速和低亚声速速度下，发动机吸入的空气温度会逐渐升高，而这些热空气会降低冲压发动机的效率。Hermeus公司表示已经解决了这个问题，公司研制了一个预冷器，在空气进入发动机燃烧室之前对其进行冷却。
Hermeus缩尺发动机。
目前，Hermeus公司拒绝披露预冷器系统和现货涡喷发动机的具体细节。但据美国《航空周刊》网站2020年8月6日报道，Hermeus公司采用的现货涡喷发动机是PBS公司的TJ100发动，其技术参数见下表。
表1 TJ100技术参数。
TJ100是捷克高速涡轮制造商PBS公司设计的宽范围工作微型涡喷发动机，既可用于军用的导弹、无人机，也可用于民用的超轻型飞机、实验飞机。该发动机长度485mm，最大直径272mm，采用紧凑设计，结构为单级离心压气机、环形燃烧室、单级轴流涡轮。发动机、燃料及燃油泵使用电子起动，通过整体式发电机保证电源供电。点火系统采用低电压系统实现，无齿轮传动，全权限数字电子（FADEC）控制，采用电动油泵对发动机进行供油与润滑。
TJ100发动机。
缩比发动机试验成功
2020年2月，Hermeus在公司位于乔治亚州德卡尔布-孔赫特雷机场的设施内完成了发动机海平面静态试验，并在普渡大学ZuCrow实验室完成了一轮成功的高速直连式试验。
缩比发动机试验。
根据Hermeus公司首席技术官格伦·凯斯的说法，总体试验在Ma3以上的飞行速度条件下对TJ100进行了评估。凯斯说：“我们已经将冲压喷气发动机模式推至Ma4-5的条件，验证了全范围高超声速吸气推进能力。” 试验发动机的双流道共用一个进气道和尾喷管，目前正在攻关单个工作模式下的操作性。Hermeus公司认为进气道是推进系统甚至飞机上最难的部件之一，研发团队目前还没有攻克技术难关。
从涡喷发动机和亚燃冲压发动机中排出的尾气通过共同的集成式尾喷管。
自2019年5月公布高超声速飞机研制计划起，研发团队从零开始，耗时6个月用集装箱改装搭建了一个简易的试验台，并在该试验台上进行了100多次试验。美国国防预研局（DARPA）的先进全状态发动机（AFRE）计划，旨在对从起飞至Ma5的可重复使用飞行器推进系统进行验证。该推进系统为现货涡轮发动机和双模态冲压-超燃冲压发动机的组合。与之相比，从公布概念到完成缩尺试验，Hermeus公司的发动机仅用了9个月，且科研成本要低了接近两个数量级。
然而，作为TBCC研发工作最关键的两个方面——进气道和模态转换试验，仍是亟待攻克的技术难点，该公司意在“在未来12至18个月内”利用多个试验设施开展这两方面的试验。
未来的高超声速“空军一号”
2020年8月6日，美国空军在AFWERX创新计划下授予Hermeus公司价值150万美元的合同。Hermeus公司将与美国空军合作，为国防部提供高超声速空运能力。空军赞助该公司的部门是总统和行政空运管理局，管理着改装后的波音、庞巴迪和湾流行政机队，以及空军一号。总统和行政空运管理局认为，Ma5的TBCC的最佳装机对象正是未来的空军一号。目前，总统从纽约飞到巴黎需要7小时，而Ma为5的高超声速飞机可以在90分钟内完成这个飞行任务。
美国空军目前正在出资建造两架新的“空军一号”飞机，这两架飞机是经过特殊改装的波音747，用于搭载美国总统及其随行人员。新飞机将在2024年准备就绪，预计服役至少30年。这意味着预备替换的飞机早已准备好，迟至2054年之后机队才会有新飞机的空缺。如果Ma5的TBCC技术能尽快研发成功，就能提前应用到新的“空军一号”上。
美国空军目前正在建造的两架新“空军一号”是经过特殊改装的波音747。
目前，Hermeus公司的重点任务是评估对Ma5飞机的改装，使其能够支持总统和行政人员的空运机队。总统和行政空运局希望Hermeus公司能把飞行器设计与空军对高速机动性的独特需求结合到一起，并把高超声速飞行器融入现有的空中运输、机场和通信基础设施网络中，为将来的部署打好基础。
此外，Ma5的TBCC技术也同样适用于军事领域，包括诸如情报获取、监视、侦察、电子战甚至远程打击等战术任务。配装TBCC的轰炸机、加油机甚至重型战斗机可以从更遥远的空军基地起飞，以冲压模式疾驰进战区，再以涡喷模式飞回家。配装TBCC的飞机还能够与现役加油机进行空中对接加油，可进一步拓展其任务能力。
最关键的是，Hermeus公司的飞机方案明确提出采用普通的航空燃油，而不是氢燃料，扫除了该飞机可改型为军用的最大障碍，完全具备军事应用的潜力。
2020年 11月13日，总统与行政空运管理局项目执行官瑞安·布列顿准将到Hermeus公司参观。
总统与行政空运管理局项目执行官瑞安·布列顿（Ryan Britton）对该项目发表了评论，“美国自身能力的飞跃是至关重要的。通过利用商业投资推动新技术进入空军，我们能够最大限度地提高对国防部投资的回报。总统和行政空运管理局很荣幸能够支持Hermeus公司实现改变游戏规则的能力，我们希望为了机队的将来而投资。”
尽管Hermeus公司与空军签订的合同仅到2021年，且只有150万美元，但是仍然很重要，因为它表明了美国空军对商业高超声速飞行的需求，是美国空军对外发出的信号。随着无数新的超声速商务喷气飞机和客机方案的出现，该合同可能成为空军在近期获得其他形式的高速空运能力的先锋。（陈玉洁）
