五家渠环球影城影讯:解码美国四大空天飞机

来源:百度文库 编辑:学校大全网 时间:2021/09/25 08:39:09

解码美国四大空天飞机

在丹·布朗的科幻小说《天使与魔鬼》中,罗伯特·兰登乘坐X-33飞行器一个小时从纽约飞到日内瓦,该飞机时速达到15马赫,也就是每小时飞行17702公里。小说中的这种飞行器并非虚构,它正是目前各国正在研发的空天飞机。

X-37空天飞机想象图。

在丹·布朗的科幻小说《天使与魔鬼》中,罗伯特·兰登乘坐X-33飞行器一个小时从纽约飞到日内瓦,该飞机时速达到15马赫,也就是每小时飞行17702公里。如果您知道新一代波音737能达到的最大速度也只有0.785马赫,即每小时853公里,对X-33的速度您大概就有更清晰的概念了吧。兰登乘坐的X-33是一种无需火箭发射便能直接太空中飞行的载人飞行器。小说中的这种飞行器并非虚构,它正是目前各国正在研发的空天飞机。这种飞机速度惊人,将会彻底改变人类对距离的概念。

从1956年苏联发射第一颗人造卫星开始,各国科学家便致力于研究更方便的载人太空飞行器。从1980年代开始,美国开始国家空天飞机计划(NASP)。1986年时任美国总统的罗纳德·里根在国情咨文中提出:“在未来的十年中,要发明出一种新的东方快速航班,从杜勒斯机场起飞,用超过25倍音速的速度,二个小时内飞到东京。”接下来的二十多年中,美国的空天飞机计划一直在持续进行中,本文将向您介绍美国的四大空天飞机计划。

罗克韦尔X-30空天飞机想象图

罗克韦尔X-30

国家空天飞机计划(NASP)旨在研发一个超音速吸气式单极入轨飞行器。由于该飞机由罗克韦尔公司领导研发,因此,这个空天飞机也被称为罗克韦尔X-30(Rockwell_X-30)。

这架飞机计划将有95.7米长,136吨重,项目初期,科学家认为如果使用超音速燃烧冲压喷气发动机,这架飞机最高速度可达到8马赫每小时,因为大气摩擦会消耗掉大量能量。接下来的研究发现,如果能量得到补偿,速度达到20马赫也有可能。

X-30的外形是根据空气动力学设计的,铲状的前机身可以压缩空气进入引擎,后机身形成一个集成的排气口。机翼采用很小的鳍状设计,用于平衡。这种设计有利于高速飞行,但不利于起飞和减速。

X-30飞行时,机身大部分表面的温度预计达到980摄氏度,飞机前端和引擎部分的最高温度可超过1650摄氏度,这要求机身使用耐高温、重量轻的材料,当时钛铝化合物、高级碳复合物、钛金属机体复合材料(TMC)和碳化硅纤维都被用于机身的设计。麦道公司使用钛金属机体复合材料制造了一段机身,这段机身高1.2米、宽2.4米、长2.4米。研究人员还制造了一个碳纤维低温氢气舱。在1992年,这些设计都已经通过了机械载荷及820摄氏度的高温试验。

尽管项目在飞机结构和动力技术上都有不错的进展,但美国宇航局(NASA)依旧面临大量技术难关,国防部希望这架飞机至少可以承载2-3名飞行员。一架由人驾驶的空天飞机,需要仪表、环境控制系统和安全设备,这就要求X-30设计的更大、更重,也需要花费更多的资金。这一切都导致计划在1993年的结束。

接下来,美国开始实施另一项比之X-30较为保守的超音速飞行器计划,这就是无人驾驶空天飞机 X-43飞行器。

X-43想象图

美国宇航局X-43飞行器

作为NASA超音速飞机(Hyper-X)项目的一部分,X-43无人驾驶超音速试验飞行器,其实就是X-30的缩小版。X-43共3.7米长,1300公斤重,在没有推动力下依然可以高速飞行。不过X-43只是一次性使用的测试飞机。

X-43早期设计X-43A速度可以超过7马赫(每小时8050公里),海拔达到30000米,飞行结束后落入大海中。X-43A的超音速燃烧冲压发动机主要以氢气为原料,发动机只有在速度达到4.5马赫以上时才开始运作,因此需要由火箭提供推力。科学家们在X-43A上加了一个助推火箭,当高度及速度达到预定值,助推火箭便自动脱离X-43A,接下来,X-43A利用自身的发动机进行飞行。在高速飞行时,压缩震波会产生大量的热量,为了不让热量融化掉飞机,科学家们在发动机整流罩和前缘气流分罩后设置了循环水系统。飞行时,循环水系统在速度达到3马赫时开始运行。

 

 

NASA 一共试验飞行了三次X-43A,第一次飞行在2001年6月2日,由于助推火箭失去控制,飞机在大约11秒飞行后坠入太平洋。NASA认为这次失败主要由于数据建模中的一些错误。其它两架都成功飞行。2004年3月进行的第二次飞行中,X-43A速度达到7马赫,成为当时世界上速度最快的吸气式飞机。2004年12月16日,X-43A进行了第三次飞行试验,并打破了之前的记录,速度达到每小时9.8马赫(每小时12144千米),超音速燃烧冲压发动机运行10秒,飞行10分钟后坠落在加州附近的海面,大约消耗1千克氢气。

目前X-43空天飞机的其它项目也正在进行中,包括X-43B、X-43D,X-43C于2004年3月被暂停

在丹·布朗的科幻小说《天使与魔鬼》中,罗伯特·兰登乘坐X-33飞行器一个小时从纽约飞到日内瓦,该飞机时速达到15马赫,也就是每小时飞行17702公里。小说中的这种飞行器并非虚构,它正是目前各国正在研发的空天飞机。

X-51A想象图

波音 X-51冲浪者

2003年初,美国空军试验室启动了一个新的空天飞机项目——EFSEFD,其后项目被更名为SED-WR(冲浪者)。2004年,波音公司和普拉特惠特尼公司开始合作制造“冲浪者”超音速试验机。2005年9月,飞机被制造出来,并被命名为X-51A。

波音X-51A是无人驾驶超音速试验飞机,以氢气为燃料,使用SJY61超音速燃烧冲压喷气式发动机,速度6马赫(6400千米每小时)。其实X-51A的发动机早期设计本身是要用于X-43C机身,不过,X-43C项目于2004年3月被暂停。

X-51A地面试验开始于2006年底,2006年6月27日通过地面发动机风洞试验

2007年4月,地面飞行模拟试验取得成功。2010年5月26日,X-51A首次动力飞行试验成功,B-52运载火箭将X-51A运到15200米高空,速度达到4.5马赫时,X-51A脱离火箭。这次试验中,X-51A飞行速度达到5马赫,飞行时间超过200秒。

2010年12月3日,X-37B正降落于美国空军范登堡基地。

美国空军X-37B空天飞机

美国宇航局于1999年启动X-37B无人驾驶轨道测试飞行器项目,飞机由波音公司旗下“幻影工厂”负责制造。2004年项目被转交到国防部下属的高级研究计划局,后又交由空军部下属快速反应能力办公室负责。

X-37B使用洛克达因AR2-3 引擎,长8.9米、宽4.5米、重约5吨,双垂直尾翼。外形类似航天飞机,不过长度是航空飞机的四分之一,可在海拔177000—800000米的近地轨道运行,速度达到177公里每小时。

设计上,X-37B采用了耐高温的二氧化硅瓷,取代了之前的碳纤维机翼,此外,热防护系统,航空电子技术、自动制导系统都在飞机上得到展示。X-37B使用燃料电池系统,由太阳能电子板和锂离子电池提供动力。

2010年4月22日,X-37B进行了试验飞行,由佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。操作人员在地面监控其在轨道上的运行。在太空中旅行270天,经过5次机动变轨后,X—37B接收到返回地球的指令后,自动进入大气层, 于2010年12月3日成功降落在范登堡空军基地。这次试验成功,使X-37B成为目前世界上最新、也是最先进的可重复使用空天飞机。

目前美国空军正在建造第二架机型较小的轨道试验飞行器,并计划于2011年发射。波音X-37B轨道测试机的返航无疑证明了人类发明载人空天飞机的野心是可以实现的。