亚轨道飞行器用途解析
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空天飞行器的基本概念-回复【空天飞行器的基本概念】空天飞行器,作为一种新型的航空航天装备,是现代科技与工程技术深度融合的产物,它既具备航空飞行器在大气层内飞行的能力,又拥有航天器进入太空、在轨运行以及返回地球的技术特点。
空天飞行器的出现和发展,标志着人类对天空和太空探索能力的又一次飞跃。
一、空天飞行器的定义及分类空天飞行器(Aerospace Vehicle)是指能够在地球大气层内外自由往返飞行,并能执行多种任务的飞行器。
其涵盖了从起飞、升空、入轨、空间作业到再入大气层、着陆等一系列复杂的飞行阶段。
按照功能和任务的不同,空天飞行器大致可以分为以下几类:1. 空天飞机:以重复使用为主要特征,可在机场水平起降,通过自身动力直接飞向太空,完成任务后再返回地面,如美国的X-37B轨道试验飞行器和中国的神龙空天飞机等。
2. 卫星发射载具:这类空天飞行器主要用于将卫星送入预定轨道,例如SpaceX公司的“猎鹰9号”火箭就具有部分重复使用的设计理念。
3. 亚轨道飞行器:主要进行临近空间飞行,不进入地球轨道,但可以达到或超过一般商用客机飞行高度数倍,如维珍银河公司的太空船二号。
4. 太空探测器:这类空天飞行器通常用于深空探测任务,如火星车、月球探测器等,它们既能承受大气层外严酷环境,又能实现地月转移、行星际飞行等功能。
二、空天飞行器的关键技术空天飞行器的研发涉及众多高精尖技术领域,主要包括:1. 高超声速技术:空天飞行器需要在短时间内突破音障并达到高超声速,这就要求其具备高效的推进系统以及能够承受高速气动加热的耐热材料和结构设计。
2. 可重复使用技术:为降低太空探索成本,空天飞行器追求可重复使用,这包括了高性能发动机的回收利用、机体材料的耐久性设计以及飞行控制系统的精确制导等技术。
3. 热防护技术:空天飞行器在大气层内外穿梭时会面临极大的温度变化,因此必须采用高效的热防护系统,确保在高温环境下机体结构的安全。
4. 自主导航与控制系统:空天飞行器在复杂的空中和太空环境中需具备自主导航、定位和姿态控制能力,这对于飞行安全和任务成功至关重要。
亚轨道飞机,你敢坐吗作者:李志勇来源:《第二课堂(初中版)》2016年第01期先是步行,后有马车,接下来是汽车、火车、飞机……人类的出行工具越来越高级,出行速度越来越快。
亚轨道飞机的速度可达音速的20倍,这样快的飞机,你敢乘坐吗……亚轨道飞机像“太空青蛙”飞行器飞离地面100公里,就离开地球大气层进入太空了。
这时,只要这个飞行器有足够的速度就可以进入近地轨道,绕地球飞行。
例如,人造卫星。
如果飞行器到达太空边缘时,让它不具有绕地球轨道飞行的速度,它就无法进入地球轨道绕地飞行,而是会从太空向大气层回降,在回降的过程中,飞行器仍旧会向前滑行,这个滑行过程就叫“亚轨道飞行”。
亚轨道飞行的速度其实与“轨道飞行”的速度相差不大,也是“极快”的,可达音速的20倍!亚轨道飞机的飞行过程是这样的:先用火箭将飞机发射到大气层外,让飞机具有相当快的初速度。
到达太空后,火箭和飞机脱离,飞机不再具有继续向太空飞行的动力,然后向大气层下降,下降时以音速20倍的速度向前滑行。
当接近高密度大气层时,飞机自带的发动机启动,重新把飞机推向太空。
飞机再次升入太空后,发动机关闭,再向前滑行。
这个过程周而复始,飞机在太空中像青蛙一样跳跃着向前飞行,所以给亚轨道飞机起个外号叫“太空青蛙”。
等亚轨道飞机到达目的地后,上推发动机便不再启动,飞机就会一直下降到大气层,最后在地面上降落,完成从起飞到降落的整个飞行过程。
亚轨道飞机与人造卫星的另一个区别在于:人造卫星留在太空最后成为太空垃圾,而亚轨道飞机则是可以回到地球多次循环使用的飞行器。
亚轨道飞机的速度为什么极快?一是因为它起飞利用火箭发射,具有超快的初速度;二是因为它有普通飞机所没有的高性能发动机,动力强劲;三是亚轨道飞机在大气层外飞行,没有空气,阻力很小;四是亚轨道飞机用碳纤维材料制成,质地轻、强度高、韧性好,身轻如燕又坚固耐用,具有可以高速飞行的“好身板”。
当飞机在大气层中以超音速飞行时,会对空气产生巨大的挤压,引发空气“爆炸”,这就是音爆现象。
临近空间概述临近空间(Near space)是指距地面20~100公里的空域,由于其重要的开发应用价值而在国际上引起广泛关注。
临近空间飞行器是指只在或能在近空间作长期、持续飞行的飞行器或亚轨道飞行器或在临近空间飞行的高超声速巡航飞行器,具有航空、航天飞行器所不具有的作用,特别是在通信保障、情报收集、电子压制、预警等方面极具发展潜力。
临近空间,其下面是的空域我们通常称为“天空”,是传统航空器的主要活动空间;其上面的空域就是我们平常说的“太空”,是航天器的运行空间。
“临近空间”这个词目前只是一个学术概念,还没有公认的“官方定义”,对她的称呼也有很多种,如“近空间”、“亚轨道”或“空天过渡区”,美国也有人称之为“横断区”,而中国学术界过去则有“亚太空”、“超高空”、“高高空”等称呼。
临近空间拥有着大气平流层区域(指距地面18到55公里的空域)、大气中间层区域(指距地面55到85公里的空域)和小部分增温层区域(指距地面85到800公里的空域),纵跨非电离层和电离层(按大气被电离的状态,60公里以下为非电离层,60公里到1000公里为电离层),其绝大部分成分为均质大气(90公里以下的大气,上面的是非均质大气)。
应该是一块非常重要和有利用价值的空域。
中国关于临近空间的研究也在悄然起步。
最近,由军事科学院军队建设研究部研究员张东江博士领衔承担的“临近空间飞行器发展法律问题研究”项目在北京通过鉴定,从而填补了中国临近空间法律规范研究方面的空白。
应用价值短短几年时间,临近空间飞行器的发展可以用“异彩纷呈”来形容。
目前各国在研的临近空间飞行器,按照飞行速度大致可分为低动态飞行器(马赫数小于1.0)和高动态飞行器(马赫数大于1.0)两大类型。
美军正在开发的临近空间飞行器低动态临近空间飞行器主要包括:平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。
它们具有悬空时间长、载荷能力大、飞行高度高、生存能力强等特点,能够携带可见光、红外、多光谱和超光谱、雷达等信息获取载荷;可作为区域信息获取手段,用于提升战场信息感知能力,支援作战行动;又可携带各种电子对抗载荷,实现战场电磁压制和电磁打击,破坏敌方信息系统;还可携带通信及其他能源中继载荷,用于野战应急通信、通信中继及能源中继服务。
[航天员的“护身服”专题I太空探索航天服创新的脑洞文/钱卫除了美国宇航局,美国的不少商业企业已经在自发推动新一代航天服的研制。
其中不少设计充满了灵感。
比如为了给即将来到的星际线飞船载人飞行做好准备,波音公司也推出了自己的起降航夭服,这种蓝色的航天服据说比"南瓜套装"轻4.54千克。
然而这些都算不上奇思妙想,下面,我们来看看真正的脑洞。
▲波音为星际航线飞船研制的起降航天服亚轨道旅游航天服当前,“亚轨道飞行”的概念越来越热。
随着几家美国太空旅游公司的业务推进,亚轨道旅游的前景越来越明朗了。
除了旅游,还有一些研究机构打算派人乘坐亚轨道飞行器,利用它穿过电离层的短暂瞬间来研究一些高层大气现象,比如极光和夜光云等。
这就要求乘客必须穿着起降航天服来操作探测设备。
相比之下,轨道飞行的发射和返回过程中,航天员都是被安全带捆在座椅上,不用穿着航天服做什么科研工作。
因此,亚轨道飞行所需要的起降航天服,显然不能沿用美、俄的现有型号。
在2017年的9月,就有一家叫做最终前沿设计公司的企业推出了新型航天服,由一位叫做潘地亚的女工程师穿着它,搭载微重力试验飞机做了试验。
试验的内容看上去很简单,微重力飞机会做一个抛物线飞行,当它向地面俯冲的时候,可以为乘客们提供18秒的微重力体验时间。
潘地亚必须在这18秒内,穿着航天服找到自己的座位,然后坐进去扣上五点式安全带。
外骨骼美国宇航局新款航天服xEMU 虽然比阿波罗计划的航天服轻许多,但依然不够轻。
要继续减重看来是不太可能了,于是供应商考虑反其道而行之:航天服太重,就意味着航天员要付出很大体力才能运动,那么,如果航天服能帮着用劲儿呢?SPACE EXPLORATION I37太空探索I [航天员的“护身服”专题]▲纽曼亲自穿着生化航天服进行演示▲生化航天服的细节,臂章上是麻省理工的LOGO这并不是什么新想法。
在机器人 领域,早就出现了所谓的外骨骼概念,也就是在人体外面套一个“傻”机器人,捆扎在躯干、胳膊和腿部。
中国亚轨道飞行器长什么样
国亚轨道飞行器是中国太空探索计划中建立的太空飞行性能强大的实验飞行器,它具有以下特点:
1、体型紧凑,可便携性强。
国亚轨道飞行器采用太空探索计划专用服务器技术,重量轻,外观尺寸小,具有很强的可携性,可以放在一台小型专用携带车上进行运输。
2、可操控性强。
国亚轨道飞行器搭载了高精度定位和传感器,可以准确完成
太空任务指令,有效执行航行任务,可以实现从地面发射到目标状态的过渡,完成指定的航行任务。
3、发动机可靠,供电可靠。
国亚轨道飞行器采用国亚太空母机的电池驱动系统,具有良好的续航能力,可以更好地支撑太空任务和考察实验。
4、具有飞行微型实验模块功能。
国亚轨道飞行器搭载了多种飞行实验模块,
包括:物理观测实验模块、气象观测实验模块、作用力观测实验模块等,可以更好地支撑太空任务,完成各种实验监测任务。
国亚轨道飞行器不仅体型紧凑,可携性强,可操控性强,还具有良好的发动机
性能和供电可靠性,搭载了飞行微型实验模块功能,可以更好地支撑太空任务和实验的需求,它真正成为了中国太空探索计划中的重要组成部分,更加安全可靠地探索与开发太空。
亚轨道飞行器用途-回复亚轨道飞行器——开启新航天时代的突破引言:亚轨道飞行器(suborbital spacecraft)是指在地球或其他行星大气层之上进行短暂飞行的航天器。
与传统的轨道飞行器相比,亚轨道飞行器具有更低成本、更高频率的飞行能力,因此拥有广泛的应用领域。
本文将详细介绍亚轨道飞行器的用途及其应用前景,并逐步展开论述。
第一部分:背景及概述首先,我们需要了解什么是亚轨道飞行器。
亚轨道飞行器是指在大气层之上飞行,但没有达到进入地球轨道的速度和高度。
因此,亚轨道飞行器的飞行时间相对较短,通常只在数分钟到数小时之间。
然而,正是由于其相对低速和短时间的特性,使得亚轨道飞行器独具应用优势。
第二部分:科研与实验一项重要的亚轨道飞行器用途是科学研究与实验。
通过载人或无人的亚轨道飞行,科研人员可以在大气层之上进行各类实验,包括物理、生物、地球科学等领域的研究。
这些实验能够帮助科学家们更好地理解地球和宇宙的工作原理,揭示一些至今仍未解开的谜团。
同时,亚轨道飞行器还能为天体观测提供绝佳的条件,航天员可以在飞行过程中拍摄高分辨率的图片和视频,获取更多关于太阳系和宇宙的数据。
第三部分:航天旅游航天旅游是另一个备受关注的亚轨道飞行器应用领域。
随着科技的进步,越来越多的人希望能够亲身体验太空之旅,并从全新的角度欣赏地球和宇宙。
亚轨道飞行器能够为旅客提供亲临太空的机会,感受零重力环境下的奇妙体验,并欣赏到地球的美丽景色和壮观的宇宙风景。
航天旅游将为旅游产业带来巨大的潜在收入,同时也为各国太空机构提供资金和资源,推动更多的科学研究和探索。
第四部分:教育与启发亚轨道飞行器也可以成为教育与启发的有力工具。
通过航天体验,学生们可以深入了解太空、宇宙和地球等相关知识。
它能够刺激学生们对科学和技术的兴趣,激发他们对未知世界的好奇心和探索精神。
许多国际机构和学校已经开始推出太空体验项目,让学生们能够亲自参与亚轨道飞行或模拟飞行,从而激发他们对科学研究和太空探索的兴趣。
亚轨道飞行器哪些国家有
⑴目前只有中美两国有亚轨道飞行器。
⑵通常认为,亚轨道飞行是在距地球20到100公里高空进行飞行。
在亚轨道飞行仍然会受到地球引力的牵引,但在一定时间内(高于卡门线,失去空气阻力的时)可以体验到失重的感觉。
300公里以上的飞行就被认为是轨道飞行,而国际空间站的运行轨道在400公里左右。
⑶亚轨道飞行的最高点必须高于卡门线,即海拔一百公里的大气层上界面,否则空气阻力将使得轨道不确定,从而不能认定为亚轨道飞行。
⑷亚轨道飞行与轨道飞行的最大区别在于亚轨道不能环绕地球一周。
从速度上来说,也就是发射初速度达不到环绕地球所必须的第一宇宙速度,所以抛射体在到达最高点(远地点)之后高度就会一直下降,并且在绕回发出点之前就会落地。
⑸所以,亚轨道飞行可以看作一个近地点附近轨道在地面以下的椭圆轨道,也可以看作是一种非理想状态下、特殊的抛体运动。
亚轨道和抛射体一样,通过改变抛射角度,可以在很大范围内随意调整弹道的最高点、射距与落点。
这一特性使得它在军事上大显神威。
轨道飞行器与3D威亚的组合使用随着科技的不断发展,人类已经在太空探索方面取得了许多的突破。
其中,轨道飞行器与3D威亚的组合使用,成为了航天领域新的研究重点。
本文将介绍这种新型技术的意义和作用,并探讨其进一步发展的方向。
一、轨道飞行器的功能和应用轨道飞行器是指发射到地球轨道并能够在轨道上进行飞行的太空飞行器。
它们可以用于一些重要的任务,包括实验室模拟、天气预报、卫星通讯、卫星导航、太空科学和国防工程等。
轨道飞行器通常由运载火箭送入太空,然后在轨道上进行操作和任务执行。
1. 卫星通讯:一些目标地区由于地形和气候等原因,无法通过地面通信,因此需要卫星通讯。
轨道飞行器可以安装各种设备,如电视机、电话和互联网设备等,并通过无线电波来传递信息。
2. 天气预报:卫星可以通过收集全球各地的气象数据,来准确预测未来的天气情况。
轨道飞行器是实现这一目标的理想载体。
3. 对空间环境的探测:轨道飞行器上安装了各种探测设备,可以观测太阳、星座、彗星、陨石流和宇宙射线等,用于研究空间环境和探索宇宙。
二、3D威亚的功能和应用1. 快速制造零部件:轨道飞行器通常拥有众多的零部件,而3D威亚可以在太空中制造出所需的新零部件,替换已损坏的部件,提供更好的机能和可靠性。
2. 合金制造:3D威亚可以制造各种类型的合金物质,在轨道飞行器中推广应用,提高设备性能和寿命。
3. 科学实验:3D威亚在太空中可以制造微型装置,进行各种科学实验和后勤支持,为航天员提供更好的工作环境。
轨道飞行器与3D威亚的组合使用是一种具有创新性和前瞻性的技术,将这两种技术结合起来,需要解决很多技术难题。
但同时,它也具有很多优势和应用前景。
1. 支持长期太空探索任务:轨道飞行器与3D威亚的组合使用可以打破太空探索中物资储备和配送等难题,为长期太空探索任务提供更好的后勤支援。
2. 节约成本、提高生产效率:3D威亚技术可以在太空环境中快速制造所需的部件和设备,节约了后勤支援成本和时间,提高了生产效率和设备精度。
德国dlr亚轨道概念嘿,朋友!今天咱们来聊聊德国 DLR 亚轨道概念这神秘又有趣的玩意儿。
你知道吗,德国 DLR 亚轨道概念就像是一座通往未知太空的神秘桥梁。
想象一下,我们平常坐飞机,也就那么高,可这亚轨道,那可是比飞机飞得高多啦,简直就是冲向宇宙的前奏!这亚轨道可不是随便说说的,它涉及到好多超级厉害的技术和想法。
就像你盖房子,得有坚实的地基、稳固的框架,亚轨道概念也是一样,需要各种精密的设计和计算。
比如说,飞行器的材料得能承受高温高压,不然还没到亚轨道就被“烤化”啦,这像不像战士上战场没穿好铠甲?还有动力系统,那可是关键中的关键!要像火箭一样有强大的推力,才能冲破大气层的束缚。
这推力不够可不行,就好比汽车没油,只能干瞪眼在路上趴窝。
而且,亚轨道飞行中的控制和导航也不是闹着玩的。
在那么高的地方,周围环境复杂得很,稍有偏差,那可就不知道飞到哪儿去了。
这就好像在大雾中开车,方向错一点都可能掉进沟里。
再说了,亚轨道概念的应用前景那是相当广阔。
可以用于科学研究,让我们更了解宇宙的奥秘;也能用于快速运输,说不定未来从北京到纽约,嗖的一下就到啦!这不比现在坐飞机快多了?不过,要实现德国DLR 亚轨道概念可不容易。
得投入大量的人力、物力和财力,还得有一群聪明绝顶的科学家和工程师埋头苦干。
这过程中遇到的困难,那可比唐僧取经还多呢!但咱可不能被困难吓倒,是不是?你想想,要是真的实现了德国 DLR 亚轨道概念,那对人类来说可是巨大的突破。
我们能更方便地探索宇宙,说不定还能发现新的资源和生命。
这难道不令人兴奋吗?所以啊,德国 DLR 亚轨道概念虽然充满挑战,但也充满希望。
咱们就拭目以待,看它能给我们带来怎样的惊喜吧!。
轨道飞行器与3D威亚的组合使用随着科技的不断进步,空间探索和航天科技也在不断发展。
人类对外太空的探索和利用已经成为当今世界重要的议题之一。
轨道飞行器作为航天器的一种,已经成为人类探索外太空的重要工具之一。
而3D威亚技术,则是高科技的三维扫描与建模技术,可以将实物高精度地建模成三维模型。
那么,轨道飞行器与3D威亚的组合使用将会带来怎样的变革呢?我们来了解一下轨道飞行器的作用和优势。
轨道飞行器是指在地球轨道上飞行,用于执行各种空间任务的航天器。
它可以携带卫星向外太空运送,也可以执行载人任务并在空间中进行科学实验。
它的优势是能够在无重力环境中进行科学研究和技术实验,对地球和外太空资源进行勘探和监测,并为探索外太空提供技术支持。
而3D威亚技术则是一种通过激光扫描、摄影测量和软件处理等手段,将现实世界中的物体、建筑、地貌等高精度地建模成三维模型的技术。
它广泛应用于地理信息系统、建筑设计、文物保护等领域,具有高度的精确度和真实性。
通过3D威亚技术,我们可以将实物对象数字化,并在计算机中进行虚拟展示和分析。
那么,轨道飞行器和3D威亚技术的结合将带来怎样的效果呢?轨道飞行器可以携带3D威亚设备,对地球上的建筑、地质形态、自然资源等进行高精度的三维扫描。
这将有助于科学研究和资源调查,为环境保护和自然资源利用提供重要的数据支持。
轨道飞行器可以将3D威亚技术应用到外太空任务中,对外星球表面的地貌、构造、资源分布等进行高精度的三维建模,为外太空探索和开发提供重要参考。
这对于未来人类在外太空的定居和资源利用将会起到重要的作用。
轨道飞行器还可以将3D威亚技术应用到科学研究和技术实验中,利用无重力环境中的优势进行材料性能测试、生物学实验等,为人类科学技术的发展提供新的平台和机会。
而在人类载人任务中,轨道飞行器可以利用3D威亚技术对太空站及航天器进行精确的三维建模和监测,为航天任务的安全和顺利进行提供数据支持。
轨道飞行器与3D威亚的组合使用将会带来空间科学技术和地球资源利用的革命性变革。
二、亚轨道:新军事制高点<BR><BR> 现有远程攻击武器的不足</STRONG><BR><BR> 在现代战斗机面前,传统战略轰炸机的自卫火力、速度和高度没有优势,打不过也躲不过,所以B-2轰炸机另辟蹊径,用隐身作为主要的突防和战场生存手段。
但随着技术的发展,隐身这个金钟罩被捅出几个大洞只是时间问题,到时候B-2这台戏就难唱了。
<BR> 传统战略轰炸机在速度上也不尽人意,空中加油后可以任意攻击全球目标,但动辄需要十几个小时的单程飞行时间,打击行动的及时性不足。
美国曾有意将部分洲际导弹换装常规弹头,可以在30分钟内打击世界任意地点的目标,但终因可能引起敌对核国家的误反应而作罢。
传统战略轰炸机在出击中飞经其他国家的领空也有相关的政治问题。
<BR> 由于现代战场上空天一体,近地轨道成为新的制高点,但传统轰炸机只能望高兴叹。
<BR><BR> 2小时内攻击全球任一目标<BR><BR> 有鉴于此,美国空军致力于发展“猎隼”就不奇怪了。
“猎隼”在大气层边缘上飞行,高度远远超过现有防空导弹的射高,也超过了现有战斗机加空空导弹的射高,高达7倍音速的超高速也远远超过现有导弹技术的截击能力,基本上回到60年代初SR-71优游高空的光景。
但这不仅仅是无武装的战略侦察机,而是可以在2小时内从美国大陆基地飞抵世界上绝大多数冲突热点实施攻击的空天轰炸机。
<BR><BR> 超高速带来极高的动能<BR><BR> 由于“猎隼”的超高空和超高速,投下的炸弹将天然具有极高的动能,较小的炸弹就可以具有极大的威力,对于深藏地下的硬目标尤其有效。
由于“猎隼”在亚轨道高度超高速飞行,这也是一个天然的轨道武器的发射平台,可以用于发射卫星、反卫星武器或者其它轨道武器。
<BR><BR><STRONG>三、亚轨道高超音速飞行器难以拦截</STRONG><BR><BR> 当然,矛盾相长,总有一天,可以拦截亚轨道高超音速飞行器的防空武器也会出现,但和研发“猎隼”本身相比,这是一个更加巨大的挑战,就像卫星早已上天,但可供实战使用的反卫星武器却是晚得多的事情一样。
<BR><BR><STRONG> 卫星轨道固定易遭拦截</STRONG><BR><BR> 虽说反卫星武器可以攻击高度更高、速度更快的卫星,反卫星和拦截亚轨道高超音速飞行器有本质的不同。
卫星只有有限的变轨能力,运行轨道大体固定。
反卫星武器发射前,目标卫星早已绕地球无数次,轨道参数都已清楚,反卫星武器可以根据卫星的运行规律“守株待兔”,否则在浩渺的太空里满世界追是追不上的。
<BR><BR> <STRONG>四、防空导弹难以拦截高超音速飞行器<BR></STRONG><BR> 亚轨道高超音速飞行器的飞行轨迹像飞机一样不可预测,而且没有反复绕地球的事情,探测和拦截是一锤子买卖,可供拦截的窗口也稍纵即逝,拦截难度大大提高。
<BR> 防空导弹要拦截亚轨道高超音速飞行器,只要火箭的推力足够大,要达到足够的高度和速度不成问题。
但问题是,在几乎没有空气的近地空间机动,不能用舵面,必须大量燃烧燃料、抛射高速燃气形成足够的动量才能实现机动。
这迫使火箭携带大量燃料升空,大大增加了防空系统的体积、重量、成本和技术难度,同时大大降低系统的机动性和实战适用性。
<BR> 激光或者其它“奇迹武器”可能是对抗亚轨道高超音速飞行器的更有效的手段,但离实用性尚远。
</P>
五、高超音速飞行器的研制特点</STRONG><BR><BR> 采用“乘波体”原理的X-51A将在大气层边缘飞行,极大地减小飞行阻力,提高飞行速度。
亚轨道高超音速飞行器本身也有两大困难。
</P><P> 第一难题:“乘波体”飞行研究</P><P><STRONG> </STRONG>第一大困难是飞行器本身。
<BR> 在亚轨道高超音速飞行,巨大的热障使飞行器的升力、阻力、机动性和热力学现象紧密相关,主导飞机设计的空气动力学“升级”为空气热动力学,需要对很多本来熟知的现象重新认识。
比如说,亚轨道高超音速飞行器不用机翼产生升力,而是用机体本身形成升力体,像水面由快艇拖带的滑水板一样产生压缩升力。
<BR> 超音速飞行形成的激波不仅是阻力的源泉,也是飞行器“踩”在激波的锋面背后“冲浪”的载体。
“乘波体”在大气层内靠压缩升力和激波升力飞行,发动机从空气中吸取氧气燃烧,加速到飞离大气层的速度,然后在大气层外作亚轨道飞行,直到在地球引力作用下重新回到大气层内,开始下一个循环。
这样的“乘波”飞行既利用了大气层内的氧气,避免像火箭一样被氧
化剂占用大量的起飞重量,又得益于大气层外没有空气阻力的好处。
<BR> 然而,亚轨道高超音速飞行器不仅有亚轨道高超音速飞行段,还有在低空低速起飞、着陆和机动的飞行段,气动设计必须综合考虑各方面的要求。
现在的航空航天技术还没有解决这一问题,X-51A还是靠B-52携带升空,取得一定的速度和高度后再靠自身动力加速到亚轨道飞行的。
</P><P> 第二难题:超燃冲压发动机</P><P> X-51A动力系统的技术关键在于超燃冲压发动机,这是航空发动机的技术前沿。
所以,亚轨道高超音速飞行的第二大问题是动力。
<BR> 喷气发动机使用涡轮压气机压缩空气,然后在燃烧室里加注燃料、点火燃烧,从喷管里加速喷出,形成推力。
然而,在通常条件下,燃烧锋面的扩散速度极限是音速,所以即使在超音速飞行时,喷气发动机的气流和燃烧是亚音速的。
进气道的作用之一就是以尽可能小的损失将进气减速到亚音速。
但喷气速度必须高于飞行速度,才可能提供推力。
<BR> 随着速度的提高,这一减速-加速过程的损失越来越大,所以涡轮类的喷气发动机速度难以超过3倍音速。
要突破这个关口,只有采用超音速燃烧冲压发动机。
超音速燃烧冲压发动机的研究在各国都是保密的。
<BR> 由于空气和燃料的混合和燃烧时间极短,燃烧控制像跑步的传令兵向骑马的骑兵传送命令一样,难度可以想象。
超音速燃烧冲压发动机的工作窗口极其狭窄,错过一点点,超音速燃烧就不能维持。
<BR> 在另一方面,温度升高使音速升高,不及时补偿的话,也会破坏超音速燃烧的条件。
目前美国的X-51A代表超音速燃烧冲压发动机的最高水平,但飞行的持续时间只有300秒,离实用化还差距很远。
在试验中可以用火箭发动机加速,但实战化的“猎隼”再依赖火箭动力的话,还不如省却麻烦,直接当导弹一样发射得了。
<BR><BR>结语:<BR> X-51A而不是F-22代表了航空技术的最前沿,中国对高超音速飞行必须加以足够的重视。
“猎隼”代表了未来空天一体化战场的趋势,但离实战化还有很远的距离。