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解码美国四大空天飞机  

2011-05-17 21:41:09|  分类: 军事强国 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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。


解码美国四大空天飞机

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。

解码美国四大空天飞机

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。

解码美国四大空天飞机

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。

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