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《走向空天一体的新技术》④空天飞机的设计要求
发布时间:2021-08-26     作者:   来源:科普中国   分享到:

       空天飞机的设计和一般飞机的设计,以及常规的高超音速导弹的设计,应该说存在着很大的差别。它要解决飞机外形的问题,动力装置问题,结构材料的问题,甚至还要解决燃料的问题。

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  那么先说说空天飞机它的气动外形的设计,它和一般的高超音速飞行器不太一样,一般的高超音速导弹往往只有很小的弹翼,甚至连弹翼都没有。而空天飞机虽然它飞得很高、速度很高,甚至能够跨大气层飞行,但是它最终还是要返回大气层,在机场着陆的,因此它必须要有相当好的升力装置,要有机翼、要有襟翼,特别是起降状态下,要产生足够的升力来保证飞机的安全起飞和降落。

  外形大致分为两类。一类是带翼飞行器,一类是不带机翼的或者带小机翼的升力体。这两种方案各有优缺点,升力体它的好处是抗高温的效果比较好,缺点是产生升力不足,做高超音速飞行的时候没问题,速度越高升力越大,但是在起降状态下它的难度就比较大了,而且控制上也更复杂、更困难。那么带翼的飞行器可以产生比较大的升力,尤其是在低速状态下产生比较大的升力。因此无论是用边条翼还是三角翼或者是梯形翼,都能满足它的要求。但是这些带翼飞行器有一个问题,抗高温的效果要差一点,它的机翼的结构、强度以及相应的材料必须采用一些抗高温的材料来制作,甚至还要采用降温的措施才能保证它的安全。

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  无论是采用升力体的设计方案,还是采用小展弦比机翼的方案,都会带来一个问题:升力可能不足,怎么办?这个时候在高超音速飞行状态下,它们可以利用另外一个升力,也就是激波升力,来辅助它做长时间的高超音速水平巡航。那么激波升力它是从哪来的呢?因为我们知道超过音速飞行之后,机体表面或者弹体表面会产生激波,如果你设计的好,在机体的下表面或者是机翼的下表面有激波,而上面没有激波或者是激波比较弱,它就会形成一个压力差,那么这个压力差就能够产生比较大的激波升力,从而维持高超音速飞行器或者是空天飞机,在中间层以上的高度做持续的水平飞行。

  那么外形设计是一个方面,用什么材料制造,应该说也是非常关键的,这个还仅仅牵扯到机体,那么它用什么样动力装置才能保证它能够在机场水平起飞,而且又能飞到中间层,甚至穿过中间层抵达外太空。靠一种动力装置是没办法解决这个问题的,因此必须采用新概念的发动机,才有可能实现空天飞行。


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