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空天飞行器“凌波微步”揭秘

热度198票  浏览2118次 【共1条评论】【我要评论 时间:2011年9月27日 21:16

空天器是既可在大气层中运动又可在外层空间运动的飞行器。

空天飞行器速度极高,又能机动变轨,所以可突破现有的反导系统和防空系统,实施全球快速精确攻击或投送精悍的突击部队。它还可以在外层空间击毁或俘获敌方的卫星以及其他航天器,并能在外层空间对地面和大气层中的目标进行攻击。

空天飞行器能在大气层和外层空间“凌波微步”,靠的是它的“独家秘笈”。

秘笈一:远程跳跃飞行模式

远程弹道大体有三:抛物线弹道、惯性滑翔弹道和跳跃弹道。

抛物线弹道是靠火箭将飞行器推入外层空间后,飞行器靠惯性和地心引力返回地球表面的运动轨迹,呈抛物线状。惯性滑翔弹道是用火箭将飞行器推入外层空间,当飞行器再入大气层后,可以靠空气动力(升力)的作用在大气层中滑翔一段距离,最终的运动轨迹,也叫做钱学森弹道。各种有人和无人驾驶的航天飞机,其水平着陆都是利用惯性滑翔实现的。

远程跳跃弹道实质上是钱学森弹道的循环重复和拓展。飞行器再入大气层滑翔过程中,由于其气动构形具有很高的“升阻比”(即升力很大、阻力很小),在强大的升力作用下,可使飞行器再次冲出大气层进入近地空间并作第二次的抛物线运动,然后再一次进入大气层,如此循环往复,则飞行器好像“打水漂”似的,在大气顶层和近地空间作跳跃式的起伏飞行。

飞行器以远程跳跃模式飞行时,有两种选择:一是在大气层中飞行时无动力装置,只靠惯性滑翔,其实质就是一个跳跃滑翔飞行的导弹;二是在大气层中飞行时有动力装置,一般选用超燃冲压发动机或爆燃发动机,其实质为“空天飞机”。

秘笈二:乘波体气动构形

飞行器的基本气动构形,大体有三:旋成体、升力体和乘波体。

旋成体是对称于纵轴的构形,如子弹、炮弹、导弹等。升力体是对称于纵向平面(飞行器纵轴与立轴组成的平面)的构形,如各种飞机都是左右对称。升力体的上表面向上凸起弯曲,下表面比较平直。飞行过程中,相当于气流流过飞机,根据气流连续性定理,上表面空气的流速快、压力小,下表面空气的流速慢、压力大,从而产生压力差——升力。增加升力体表面的弧度和翼面积,虽然可以增加升力,但是阻力也随之增加,“升阻比”不能提高,形成所谓“升阻比障碍”。飞行器要想飞得快、载荷大,必须突破“升阻比障碍”。

乘波体是一种适用于高超音速(M>5)飞行器的气动构形,可突破“升阻比障碍”。乘波体构形也对称于纵向平面,但上表面比较平直,下表面大体呈斜楔锥状,类似冲浪板的前半段。其横切面大多同下嘴唇的横切面相似,故也称为“吻切锥乘波体”。

高超音速的气流流过乘波体时,其前方的气流被压缩而形成激波锥。激波锥的下锥面内侧紧贴乘波体下表面的外侧,间隙很小,故压力较小。于是,乘波体的上下表面产生压力差——升力。由于乘波体下表面压力增大是随飞行M数而增加的,没用限度,可达几个或几十个大气压力,甚至更大。美国的X-43A升阻比就高达 40。乘波体构形为空天飞行器按远程跳跃模式飞行,创造了空气动力条件。

秘笈三:超燃冲压式发动机

目前,高超音速的飞行器,除了选择超燃冲压发动机外,正在研发的还有爆震式超燃发动机。这是利用爆燃波为动力的发动机。

冲压式发动机简而言之,就是一个筒状的腔体:前部是进气道,中间是燃烧室,后部是喷管。

所谓“超燃”,是指气流在发动机中,以超音速的状态流动、燃烧和喷射。

“超燃”是个很难实现的关键技术,就像在飓风中点燃一支蜡烛。因为,当气流的燃速小于流速时,燃烧将不能连续而中断,使发动机熄火,相当于蜡烛被吹灭。再则,冲压发动机腔体内部激波之间的干扰、激波与附面层之间的干扰,以及涡流、湍流的燃烧理论问题,都有待进一步研究和实验。还有燃料的选择和燃料的裂解重整技术和利用该技术为发动机与整个飞行器散热的问题,虽已取得初步成效,弹药达到实际应用、安全可靠、成熟完善,还有很长的路要走。

至于冲压发动机内部的腔体构形、燃料喷射与点火模式,还有很多研究和创新的空间,更不要说超燃冲压式发动机与其他类型发动机的结合问题了。

高超音速飞行器的研发,目前的主要关键是动力装置尚无突破性的进展,还有很长的研发过程。

因此,研发用火箭发射后靠惯性滑翔的、在近地空间和大气顶层跳跃飞行的、无动力装置的兵器,可能是一种比较现实的选择。

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全球军事网重庆网友 [totopc]
2011-10-03 17:41:46
技术含量太高了,
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