中国第六代战机——“雨辰”3号空天战机

　　随着世界航空武器装备的飞速发展，空中力量已经成为战争的主要突击力量，对战争进程和结局正在产生越来越重要的影响。在这种背景下，获取、处理和利用信息的能力已经成为空中作战成败的关键，夺取制信息权已经成为夺取制空权的前提条件。同时非传统作战手段的使用，使空中作战模式更加多样和复杂，全球、全天时、全天候作战已经成为空中作战新的时空观；全纵深、非接触、空天一体、信息火力一体作战已经成为空中作战新的交战方式。通过分析可以看出，空中作战内涵和模式的变革正在对航空武器装备的发展产生深远的影响。

　　更为重要的是，航空航天的军事竞争不断加剧。今后，不可能在同温层以上、大气层上下边缘留出“一片净土”，于是导致要发展既不像美国航天飞机那种只能执行纯航天任务，又不像F—22只能执行传统空中作战任务的新型航空器。因此，空天飞机将破壳而出。如果作为反战略导弹的一环，空天飞机的长处是既可像其他太空拦截武器一样，在外层太空待命，又具有部署和攻击的更大自主性和灵活性；如果是作为卫星空中发射平台，可以放弃制造和使用原有的发射系统，提高发射地点的灵活性和时间选择的时效性。由于运载火箭发射往往需要提前很长时间进行计划，准备周期较长，而进行小型卫星的快速发射，并组建必要的轨道集群，可以快速获得信息优势。如果能作为对空、对地作战平台，空天飞机的作用则更不可小视。用空天飞机仰射或平射击毁其他航天器，优势显然比从地面或同温层以下空中发射导弹要明显，也比从固定在轨平台发射动能或定向能武器更具技术简便性。用空天飞机潜入大气层攻击地面目标，显然也要比普通飞机突然和隐蔽。空天飞机在轨飞行时是不需要消耗燃料的，做变轨飞行和姿态调整时也只需消耗很少的燃料，在用副油箱性质的助推火箭发射升空后，如果生命维持系统跟得上，它可以用做较长时间的空中战斗值班，这也是普通飞机达不到的。

　　当然，在国际军力对比极不平衡的情况下，无论是从效用性、时效性和应用范围来看，还是从制造和使用的成本角度来说，纯粹空天飞机的未来角色，主要还在于战略威慑和执行特殊任务，不可能像普通军用飞机一样批量生产和成建制列装。而具备空天飞机特征的第六代战斗机，则更具有实际意义。

　　“雨辰”3号空天战机的设计思想

　　一是采用吸气发动机，可增大有效载荷。吸气发动机与火箭发动机相比，使用性能明显提高，需携带的液氧少，既可以减轻飞机的重量，又可以携带更多的有效载荷。

　　二是重复使用，经济高效。“雨辰”号空天飞机一般采用水平起降的方式，可重复使用，大大减轻地面勤务的压力，提高安全可靠性，也可大大降低使用成本。

　　三是采用一体化结构，技术先进。采用防热结构与主体结构一体化设计，不但可减轻机身质量，而且能提高热防护系统的可靠性和耐久性，更适应高速飞行的需要。

　　四是低高空兼顾的气动布局----变前掠翼。

　　雨辰3号空天战机作战使命和主要对象

　　1.用于摧毁敌后纵深有强大火力防卫的重要目标和部队的有生力量：

　　摧毁敌核攻击力量；

　　夺取制空权，切断敌支援力量；

　　摧毁敌防空和控制指挥系统。

　　2.主要作战对象：

　　在发射阵地和飞行中的敌弹道导弹和巡航导弹；

　　机场、跑道、地面停放的和在掩体内的敌机以及油料仓库；

　　敌指挥中心、雷达站、通信枢纽及敌侦察攻击部队；

　　敌防空兵系统，包括其拦截机；

　　敌机械化部队和炮兵群；

　　敌登陆舰艇和部队。

　　3.如果作为反战略导弹的一环，雨辰3空天战机的长处是既可像其他太空拦截武器一样，在外层太空待命，又具有部署和攻击的更大自主性和灵活性；如果是作为卫星空中发射平台，可以放弃制造和使用原有的发射系统，提高发射地点的灵活性和时间选择的时效性。由于运载火箭发射往往需要提前很长时间进行计划，准备周期较长，而进行小型卫星的快速发射，并组建必要的轨道集群，可以快速获得信息优势。如果能作为对空、对地作战平台，雨辰3空天战机的作用则更不可小视。用雨辰3空天战机仰射或平射击毁其他航天器，优势显然比从地面或同温层以下空中发射导弹要明显，也比从固定在轨平台发射动能或定向能武器更具技术简便性。用雨辰3空天战机进入大气层攻击地面目标，显然也要比普通飞机更具有突然性。雨辰3空天战机在轨飞行时是不需要消耗燃料的，只是在做变轨飞行和姿态调整时需要消耗很少的燃料，在用副油箱性质的助推火箭发射升空后，它可以用做长时间的空中战斗值勤，这也是现有战机所望尘莫及的。

　　雨辰3空天战机在军事和商业上的主要用途

　　①作为空间武器发射平台。“雨辰3”空天战机可携带和发射动能武器、激光武器、微波武器、粒子束武器等，对地面、空中和轨道上的目标进行攻击。

　　②用作反卫星武器。即利用自身的探测设备搜索敌方卫星，发现目标后机动靠近，或施放电子干扰使其失灵，或发射武器将其摧毁，也可将敌卫星俘获带回地面。

　　③用于高速运输。雨辰3空天战机可在一小时内到达全球任何地方，向冲突地区快速运送物资、部队和武器等，从而占有军事上的速度优势。

　　④作为一种新型侦察、监视和预警平台。雨辰3空天战机可携带照相侦察、电子侦察设备对陆、海、空、天目标进行侦察与监视，对导弹发射发出预警；与运行在一定轨道上的侦察卫星相比，雨辰3空天战机更具灵活性和时效性，侦察能力更强。

　　⑤发射、维修和回收卫星。雨辰3空天战机可作为航天运载工具，把卫星送入预定轨道；发射一系列深空探测器，可与空间站对接，将地面人员、物资、实验设备等运送至空间站；可在轨道上捕捉卫星并进行检修、补充燃料，或把报废的卫星回收。

　　⑥可作为太空旅游的工具。雨辰3空天战机与目前使用的一次性运载火箭、飞船和部分重复使用的航天飞机相比，在可重复使用性、发射费用、可维修性和准备周期、灵活性等方面都有革命性的改变。

　　雨辰3空天战机的气动布局

　　雨辰3空天战机采用前鸭翼、变前掠翼的气动布局，当机翼展开时飞机是前掠翼布局，以适于在“大气层内”低速飞行。当机翼闭合时飞机变成大后掠三角翼的无尾式布局，以适于在“太空中”高速飞行。

　　它具有独特的开合式机翼，从而身兼轰炸机和战斗机的双重功用。机翼完全展开时，飞机可以慢速飞行，以便投掷精确武器或跑道上着陆。机翼减小前掠角时，飞机就变成了一个高度灵活的战斗平台。机翼完全闭合时，机翼后缘变成前缘，整个飞机呈三角形，可使飞机获得很高的马赫数。

　　图2 (a) 雨辰3空天战机的机体结构图

　　图2 (b) 雨辰3空天战机的对比图

　　雨辰3空天战机采用前鸭翼的优点：

　　1.有利于减小配平阻力和提高配平能力。

　　2.有利于对重心进行合理的安排。

　　3.超声速阻力较小。

　　4.有良好的操纵性。

　　5.低空的驾驽性较好，有利于突风缓和系统的应用。

　　6.有利于矢量推力控制的应用。

　　图2 (c) 雨辰3空天战机的前鸭翼

　　雨辰3空天战机采用前掠翼的优点：

　　1.跨音速阻力低，操纵性好。

　　当物体在空气中的运动速度约0.9-1.3马赫时，其空气动力性质较亚音速及超声速复杂，阻力增加率也特别大，称为跨音速区。目前战斗机在进行大机动战斗时，即使空战开始时是超声速，但随着战斗的进行，往往要降到跨声速或是亚声速。而前掠翼具有低跨音速阻力特性，将使得前掠翼在格斗时能维持相对高度的速度，也能尽快回到超声速，而前掠翼的高跨音速操控性又能使飞机具有良好的空战机动能力。

　　2.升力系数大。

　　与同面积后掠翼相比，前掠翼升力可增加30%，这意味着使用相同面积的机翼可以负载更多重量或使飞机有更好的机动性，或者飞机在减少机翼尺寸后仍能满足相同的任务需求。

　　3.跨音速巡航航程增加。

　　因为前掠翼飞机的跨音速阻力低，起降能力好，因此可增加飞机的跨音速巡航航程，这对于现代高速战斗机也是很好的性能指标。

　　4.机动性能优异，具有过失速机动性能。

　　外侧翼面飞机失速前性能优异，即使刚开始失速仍能有效控制，若加装上涡流发生器则更能延缓失速，因此增加了飞机的可操纵性。前掠翼飞机刚失速时的性能也比后掠翼、三角翼飞机好。前掠翼飞机依靠它的前翼或机翼前缘向前延伸的涡流发生器，可利用其在飞行中产生的涡流来吹除附面层的气流。而且当机翼内侧发生失速时，外侧翼面仍能有效发挥作用，由于外侧翼面产生的滚转力矩较内侧大，所以此时飞机仍是可控的，这符合过失速机动的标准。虽然三角翼或后掠翼飞机也能用涡流延缓失速，但效果没有前掠翼的好。前掠翼产生的升力主要集中在翼根区域，这也减小了翼根结构不变的情况下，可以进一步提高飞机的机动性。

　　前掠翼飞机不仅具有后掠翼提高临界M数、降低波阻的优点(与后掠机翼一样，它的垂直前缘的有效分速也较低)，还从根本上克服了翼尖失速的缺点。此外，采用前掠机翼的飞机还有一些其他优点，例如，配平阻力小，超声速航程大，具有抗螺旋特性，飞机内部空间大，飞机布局灵活性强等。总之，采用前掠机翼的飞机性能大大优于后掠机翼飞机。例如，在任务一定的情况下，前掠机翼飞机比后掠机翼飞机阻力低10%～20%，升力可增加30%～40%，转弯速度可提高14%，活动半径可提高34%，起降距离可缩短35%，重量轻5%～25%，成本可降低40%～60%。因此，前掠机翼将是下一代高速飞机的重要布局形式。

　　图3 雨辰3空天战机的效果图

　　雨辰3空天战机采用无尾布局及升力体的优点：

　　通常说的“无尾布局”，是指无水平尾翼，垂直尾翼还是有的。无尾布局的高空高速性好。这种布局，在第二次世界大战时就开始使用了。德国的火箭动力战斗机Me--163就是这种布局。20世纪60年代采用这种布局的飞机比较多，如法国的“幻影”三代，美国的F--102，F--106，英国的“火箭”式轰炸机等。在无尾布局的飞机上，副翼兼顾了平尾的作用。省去了平尾，可以减少飞机的重量和阻力，使之容易跨过音速阻力突增区。

　　雨辰3空天战机采用具有大升阻比的升力体构型。其结构是超轻质、高强和功能／结构一体化的，具有最先进的高超声速动力系统、结构防热系统、控制系统和安全保障系统。这类飞行器所具有的复杂外形和飞行环境引起一系列极为复杂的流动现象，如：激波，分离，漩涡，湍流，化学反应和等离子体流动，力、热、光、电磁多场耦合等；它们独特的服役条件和特定的作战使命要求，引出一类对现有科学知识具有挑战性的新的课题，如：强-短时载荷的耦合效应、高应变率-高温升率与结构间的非平衡耦合效应、智能材料与结构、智能自主控制技术、微流体力学和微系统动力学等。

　　图4 雨辰3空天战机的效果图

　　关键技术分析

　　1.新构思的吸气式发动机

　　因为，雨辰3空天战机的飞行范围为从大气层内到大气层外，速度从M=0到M=25，如此大的跨度和工作环境变化是目前现有的所有单一类型的发动机都不可能胜任的，从而也就使为“雨辰”号雨辰3空天战机研制全新的发动机成为整个项目的关键。

　　众所周知，喷气式发动机需要在大气层中吸入空气，无需携带氧化剂，但无法在大气层外工作，且实用速度较小；而火箭发动机自带氧化剂，可以工作在大气层内外，使用速度范围较广，但携带的氧化剂较笨重，比冲小。目前设想的雨辰3空天战机的动力一般为采用超音速燃烧冲压发动机+火箭发动机或涡轮喷气+冲压喷气+火箭发动机的组合动力方式。因此，雨辰3空天战机采用涡轮-冲压-火箭组合发动机以满足其需求。

　　涡扇-冲压-火箭组合发动机是把涡扇、冲压和火箭发动机都组合在一起的发动机，可单级入轨。这种动力装置把三种发动机综合成一体，要采用变截面的喷管，采用这种动力装置加上超声速燃烧技术，就可以更充分地发挥组合发动机大范围工作的效能。它的特点是在亚声速冲压组合循环之外，还并列安装了超声速燃烧冲压喷气发动机。这种超声速燃烧冲压喷气发动机有自己独立的进排气系统，与飞机机体成一体化设计。这种发动机在飞行速度超过声速的3~5倍时开始工作，直到达到声速的16倍以上，雨辰3空天战机飞离大气层，都一直开动这种发动机，随后将它关闭，起动火箭发动机，将“雨辰”号雨辰3空天战机加速到大于声速的25倍，进入飞行轨道。

　　图5 涡扇-冲压-火箭组合发动机部件结构图

　　为满足雨辰3空天战机大推力的要求，在采用涡扇-冲压-火箭组合发动机的同时还在机身下面外挂两个固体助推器，如图所示：

　　发动机置顶。这种设计使得发动机从机翼上方吸入空气，不但让部分噪声被机翼和机身反射掉，而且也节省了燃料。

　　2.空气动力学分析

　　航天飞机返回再入大气层的空气动力学问题，曾经耗费了科学家们多年的心血，作了约10万小时的风洞试验。雨辰3空天战机的空气动力学问题比航天飞机复杂得多。因为飞机速度变化大，马赫数从0变化到25；飞行高度变化大，从地面到几百公里高的外层空间；返回再入大气层时下行时间长，航天飞机只有十几分钟，雨辰3空天战机则为l～2小时。

　　为了实现大马赫数飞行，必须为高超声速飞机选择一种飞行阻力低、强度较高、抗高温特性好的气动布局。轴对称的弹头体的激波阻力相当小，导弹、炮弹、炸弹大都采用这种理想的外形。但用在高超声速飞机上则出现问题，因为飞机以一定迎角飞行时升力太小，低速特性太差，无法满足起飞着陆的要求。对于雨辰3空天战机之类的高超声速飞行器来说，无论飞得多高、多快、多远，总要从地面起飞或返回地面，如果起飞着陆时的升力不足，其起飞滑跑的距离很长，大迎角的机动性也很差，飞机难以控制。因此，研制高超声速飞行器时，不能只考虑高速，还应兼顾低速性能。

　　经过大量实验研究，目前，多数高超声速飞行器大都采用机翼为小展弦比、大后掠角的三角翼、双三角翼或边条机翼的无尾气动布局。

　　三角翼和边条翼布局能更好地满足飞机起降和机动飞行的要求，但它们的机翼较薄，在高超声速和1000多摄氏度的环境条件下，要承受很大的动压和极高的温度，其结构强度问题、散热降温问题不好解决。升力体的形状粗短，气动外形介于弹头体和带翼飞行器之间，从结构的角度讲，它对付高温、高压、高过载比较容易。

　　因此，“雨辰”号雨辰3空天战机采用变前掠翼的气动布局，以便吸收前掠翼布局和大后掠三角翼的无尾式布局两者的优点，使飞行器的高低速飞行特性和抗高温性能得以兼顾。

　　3.防热结构与材料

　　雨辰3空天战机需要多次出入大气层，每次都会由于与空气的剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超音速返回再入大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。机头处温度约为1800摄氏度，机翼和尾翼前缘温度约为1460摄氏度，机身下表面约为980摄氏度，上表面约为760摄氏度。因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。

　　雨辰3空天战机在起飞上升阶段要经受发动机的冲击力、振动、空气动力等的作用，在返回再入阶段要经受颤振、抖振、起落架摆振等的作用。在这种情况下，防热系统既要保持良好的气动外形，又要能长期重复使用，维护方便，所以其技术难度是相当大的。

　　目前的航天飞机，由于受气动加热的时间短，表面覆盖氧化硅防热瓦即可达到满意的防热效果，但对雨辰3空天战机则远远不够。如果单靠增加防热层厚度来解决问题，则将使重量大大增加，而且防热层还不能被烧坏，否则会影响重复使用。一个较简单的解决办法是在机头、机翼前缘等局部高温区，使用传热效率特别高的吸热管来吸热，以便把热量转移到温度较低的部位。更好的办法是采用主动式冷却防热系统，也就是把机体结构与防热系统一体化，即把机体结构设计成夹层式或管道式，让推进剂在夹层内或管道内流动，使它吸走空气对结构外表面摩擦所生成的热量。

　　为了更好的满足“雨辰”号雨辰3空天战机的防热要求，在采用先进散热结构设计的同时，也加强了对机体材料的要求。全机使用快速固化粉末冶金工艺制造纯度很高、质量很轻的耐高温合金——高速固化钛硼合金，它在高温下的强度可达到目前使用的钛合金在室温下的强度，这种合金适宜用来制造机身内层结构骨架。机头与机翼等温度最高的部位，要求采用碳复合材料，这种复合材料表面有碳化硅涂层，重量轻，耐高温性能好。此外，还需要研究金属基复合材料，例如碳化硅纤维增强的钛复合材料等。这种材料应该兼有碳化硅的耐高温性能，又具有钛合金的高强度特性。

　　4.发动机和机身一体化设计

　　当雨辰3空天战机以6倍于音速以上的速度在大气层中飞行时，所受空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。亚音速飞机常采用的翼吊式发动机已不能使用.需要将发动机与机身合并，以构成高度流线化的整体外形。即让前机身容纳发动机吸入空气的进气道，让后机身容纳发动机排气的喷管。这就叫做“发动机与机身一体化”。

　　在一体化设计中，最复杂的是要使进气道与排气喷管的几何形状，能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回再入大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。

　　5.利用“黑障”隐身

　　“音障”、“热障”、和“黑障”是人类发展航空、航天事业过程中遇到的三大技术障碍。“音障”、“热障”与航空的关系极为密切，“黑障”问题是航天研究的重点，因为这是航天器再入大气层时必然发生的现象。

　　飞行器在大气层中以十几个甚至几十个马赫数飞行时，在头部和机翼等处会形成很强的激波。由于激波的压缩和气体的黏性作用，使得高超声速飞行器的动能转换为热能。飞行器周围的温度达到一定程度后，气体分子和飞行器表面被烧蚀的材料发生电离。于是飞行器外面形成一层高温电离质，称为等离子体鞘。

　　等离子鞘形成的电子屏障如同一堵墙一样，阻挡或散射电磁波，使电磁波的传送大大减弱。其结果是，在一定的高度和时间内，再入大气层的飞行器发出的通讯信号，外界收不到；地面控制中心发送的电磁波，飞行器也收不到。此时雷达等探测器也难以发现它，从而导致信息交流的严重恶化，甚至完全中断。人们把这种等离子体鞘影响造成的“再入通讯中断”的现象称为“黑障”。

　　“再入通讯中断”的高度范围与大气层的分子密度分布有关，研究表明，大致在20—100km高度之间，最容易出现“黑障”现象。在这一范围内，大气层分子的密度适中，对飞行器产生的气动阻力较小，只要飞行器的速度较大。其周围的气体就会产生电离，形成等离子体鞘。

　　空天飞行器的气动外形和再入姿态不同，出现“黑障”的时间也不同。一般来说，洲际弹道导弹的弹头在重返大气层阶段，信号中断的时间大约为十几秒到几十秒；而航天飞行器的外形比较复杂，返回地球时产生等离子体鞘的时间长达20min左右。在这段时间内，如果出现问题，由于通讯中断，飞行器的驾驶员难以取得地面的帮助，一切都只能靠自己。

　　如果能够有意识地利用“黑障”特点，就可以在一定的活动范围内，为高超声速飞行器蒙上一层“隐身外衣”，达到匿影藏形的目的，使敌方的探测系统和制导系统失去目标。

　　人为地制造“黑障”的技术方法，也已经可行。利用高温制造“等离子流”依靠现代技术，可以通过类似于闪电的方法或专门设计的电离喷嘴产生等离子流。若能在飞行器的某些特定的表面(如机翼的前缘下方、后机身下方)布置一定数量的等离子流喷嘴，飞行器在飞行时便能获得奇效；由于等离子流的温度、密度等参数与飞行中周围的气流不一样，飞行器的阻力可因此而明显降低。实验研究表明，只要配置得当，采用“等离子流气动减阻法”，能将全机的阻力降低30%以上。由于人造等离子体流可以大量吸收和散射雷达波，飞行器获得的隐身效果也是相当惊人的。采用此方法，即使是普通的作战飞机，其飞行性能和隐身性能也会有相当大的改善。

　　6.制导与控制系统

　　“雨辰”号雨辰3空天战机采用不同的控制系统控制飞行。在大气层内飞行时用气动控制系统。此系统利用可动操纵面(如升降副翼、上下方向舵、减速板、着陆襟翼等)进行俯仰、偏航与滚动控制。这些操纵面由两套相互独立、同时工作的20.7MPa液压系统驱动，以确保工作可靠。在36.5km以上高空飞行时，改反作用控制系统。此系统使用两套完全重复的喷嘴以提高可靠性，每套由6个喷嘴组成，其中4个装在前机身的头部，用于俯仰和偏航控制，每个喷嘴可产生0.5kN的推力，2个装在机翼的翼尖处，用于滚动控制，每个喷嘴可产生180N的推力。反作用控制系统所用的喷气是过氧化氢箱内的过氧化氢经催化反应后的气体。

　　7.生命保障系统

　　雨辰3空天战机主要采用可弹射式座舱以保障飞行员的生命安全，该舱包括飞行员、全部仪表和降落伞，完全密封／可在水上漂浮。按照设计要求，可在零高度、零速度弹射救生。即使飞机在太空内出现故障可弹射式座舱也可当作返回舱使用，将飞行员安全送回地球。

　　8.起落架系统

　　雨辰3空天战机起落架系统采用常规飞机三点式起落架。每一起落架均由2个机轮和轮胎组成。前轮可操纵转向。2个主起落架带有防滑刹车装置。系统还包括由高强度，抗腐蚀合金钢、铝合金、不锈钢和铝铜合金制成的减震组件。

　　起落架的减震组件是一种装有氮气和液压工质的气动液压减震器。由于“雨辰”号雨辰3空天战机在太空是在零重力状态下工作的，因而用移动隔膜将氮气和液压工质隔开 ，以保证良好的减震效果。

　　起落架支柱上覆有镉钛金属镀层和硝基甲酸乙酯以作空间飞行防护。轮毂为铸铝铆接件，涂底漆和2层硝基甲酸乙酯。

　　起落架在轨道飞行器进场时由指令长或驾驶员用空制台按钮控制下放，起落架在按动按钮后10s内全部下落。

　　由液压释放上位锁钩，在弹簧、液压压力和起落架作动筒的作用下起落架自动下落。当液压系统发生故障时也可用火工品作动器打开上位锁钩，起落架全部下落后由弹簧锁住。

　　前起落架和主起落架舱门由连接在舱门和机身上的连杆打开。支柱凸轮转动，驱动连杆，起落架外伸，当上位锁打开，起落架开始下落时，舱门打开。起落架支柱作动器含有控制下放速度的液压缓冲器，防止下落机构受损。起落架只能在飞行速度小于650km/h时下放。回收起落架时，由液压动力收回起落架，机械连动装置关闭舱门，上位锁将起落架锁定在舱内。起落架舱门由高温重复使用表面防热瓦和热挡层防热。

　　1号液压系统是打开起落架上位锁的唯一动力源。火工品起爆器作为备用系统。1号液压系统也是前起落架操纵作动器的唯一液压源。主起落架用1号2号液压系统作为主要动力源，3号系统作为备用动力源。

　　前起落架轮胎尺寸为82cm×22cm其正常冲气压力为2.08MPa，它能承受不低于3.4倍充气压力的突发压力。前起落架轮胎可承受的最大总载荷200kN，最高速度416.25km/h。前起落架减震支柱的冲程为 50cm。防止起落架和轮胎破坏的抬头速度为9.3°/s,3.8m/s.

　　主起落架轮胎尺寸为114cm×37cm，正常充气压力为2.17MPa，可承受的最大试验载荷为570kN，如轨道飞行器以60%/40%的比例对一个支柱的2个轮胎分配载荷，则轮胎的最大载荷各为570kN和360kN，作用于支柱的载荷为920kN。主起落架减震支柱的冲程为44cm。当雨辰3空天战机总质量为89276kg时，主起落架的允许下降速度为2.7 m/s,当总质量为102510kg时，允许下降速度为1.9 m/s。而侧风速为23m/s时，总质量为89276kg的雨辰3空天战机的主起落架的下降速度为1.9m/s。总质量为102510kg的雨辰3空天战机的主起落架的下降速度为1.6m/s。

　　起落架轮胎的寿命是正常起落8次。

　　主起落架的4个机轮上均装有电动液压盘式刹车和防滑系统。

　　盘式制动装置由9个盘片，4个转子和5个定子组成。带有碳衬的钵合金转子装在机轮内侧，随机轮而转动。同样材料的定子装在轮轴外侧，他们不随机轮转动。刹车时刹车装置的8个液压作动器同时对盘片加压。作动器4个一组，各由液压系统1和2驱动。液压系统3为备用系统。

　　刹车系统的防滑部分可防止刹车时轮胎打滑机轮锁定和轮胎受损。每个机轮联有2个速度传感器，向防滑监控电路传送旋转速度信息，当机轮转速约低于4个机轮的30%时(机轮锁住或打滑时)，该轮控制阀的防滑线圈激励，倒转制动线圈的极向，截断通往该轮刹车的液压直到轮速再次上升。如果机轮转速约低于各机轮平均转速的30%达2s时，机轮可能漏气，此时相邻机轮的液压被限制在5.52±0.7MPa范围内以防止制动或损坏轮胎。防滑系统不适于在18.2~27.4km/h时起用，这可能会导致丧失失手动刹车功能。系统设有故障检测逻辑路线。

　　正常停机时，在总质量为89272kg的雨辰3空天战机开始刹车时的速度为280km/h的情况下，使轨道飞行器停止移动所需距离为860m，液压压力为10.31MPa。应急停机时，当总质量为102510kg的轨道飞行器开始刹车时的速度为330km/h时。停机距离为1340m，液压压力为10.34MPa。

　　刹车的寿命是8次正常能量停机着陆，如有一次应急停机，边便需进行检修。

　　9.火力控制系统

　　雨辰3空天战机配备综合航空电子系统。该系统的特点包括：通过数据总线进行信息传送，采用模块化结构实现结构的简化和资源共享，通过传感器数据融合获取更丰富、准确、质量更高的目标信息，所有作战信息通过平显和多功能显示器显示，为飞行员提供关键的飞行及作战信息，显著降低了飞行员的工作负担，通过机内自检和系统重构，使系统具有容错能力，提高了系统的可靠性和可维修性。高性能的综合航空电子系统使雨辰3空天战机具有良好的识别、选择、瞄准、快攻和帮助飞行员决策的能力。

　　(1)火控雷达

　　雨辰3空天战机采用超大规模集成电路，提高雷达处理机能力，开发利用各种新的先进的处理算法软件；采用有源相控阵雷达和开发共形阵列天线技术。对12平方米目标的最大探测距离为400公里，可同时跟踪攻击60个空中目标，能探测跟踪36个地面目标，并能拦截巡航导弹。另外，它还有很强的侦察能力，所用的电子侦家设备可以比其它飞机更精确、快速地测定敌方雷达的坐标位置。它具有先进的抗电子干扰能力，预计装机后，雨辰3空天战机将在强杂波和多目标威胁的环境下具有全天候、全向、全高度空/空和空/地作战能力。

　　(2)惯性导航系统

　　以激光陀螺捷联式惯导代替挠性陀螺平台式惯导；采用惯性/卫星全球定位系统(GPS)组合导航系统。

　　(3)大气数据系统

　　采用分布式大气数据系统

　　(4)座舱显示与控制系统

　　采用全息平显、下显多功能显示器、头盔显示器和正视显示器等综合显示器代替分立仪表；用双杆技术代替传统的驾驶杆和油门杆。

　　为提高人机工效，采用直接人机对话—话音合成/识别系统和飞行助手系统，使显示和控制迈向智能化。

　　(5)武器系统

　　雨辰3空天战机为了实现隐身和超声速巡航的要求武器的悬挂都采用内置方式，炮口和弹舱门均装有能够快速开启的舱门，轻巧敏捷的弹舱挂架还具有快速伸出并弹射弹药的功能。使得这些开口都得到了保护，提高了隐身性能。

　　①采用具有抗干扰能力、全向格斗能力和越肩发射能力的空空导弹，如R-27、R-77等。

　　②采用粒子束武器，利用高能强流亚原子束摧毁飞机、导弹、人造地球卫星等目标，或使之失效的定向能武器。通常分为在大气层使用的带电粒子束武器和在外层空间使用的中性粒子束武器。它由粒子源、粒子加速器和探测、瞄准跟踪及指挥、通信设备等组成。其工作原理是：用高能强流加速器，将粒子源产生的电子、质子或离子加速到接近光速，并用磁场聚焦成密集的粒子束流射向目标，靠粒子束流的多种效应来摧毁目标或使之失效。其主要特点是：粒子束流能量高度集中，穿透力强，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。

　　粒子束摧毁目标或使之失效的机理大致有3 种 ：一是使结构破坏；二是使引爆药早爆；三是使电子设备失效。

　　粒子束武器的基本原理

　　大气层内的带电粒子束，其特点是粒子束流为电子束流，而不是中性束流。在大气中，它虽有衰减，但可以传导而且宜于使用。在大气层外的真空状态，由于带电粒子之间的斥力，带电粒子束会在短时间内散发殆尽，因此中性粒子(中子)束更适合在外层空间使用。

　　粒子束武器一般由粒子加速器、高能脉冲电源、目标识别与跟踪系统、粒子束精确瞄准定位系统和指挥控制系统等组成。粒子束武器结构见图1所示。

　　加速器是粒子束武器的核心，用来产生高能粒子，并聚集成密集的束流，加速到使它能够破坏目标。目标识别与跟踪系统主要由搜索跟踪雷达、红外探测装置及微波摄像机组成。探测系统发现目标后，目标信号经数据处理装置和超高速计算机处理后，进入指挥控制系统，根据指令，定位系统跟踪并瞄准目标，同时修正地球磁场等的影响，使粒子束瞄准目标将要被击毁的位置，然后启动加速器，将粒子束发射出去。

　　1.带电粒子束加速器

　　一般使用线性铁氧体磁场感应加速器来产生高速电子束，绝对速度为每秒30万公里。俄美研制的地基粒子加速器均为质子加速器，其基本原理是:

　　首先把电子束发生器产生的电子进行加速，然后在高频振荡装置上振动，再在离子发生装置上把进来的质子用电子包围起来，使其进入离子加速装置进行加速，质子因接收能量而加速。在接近出口时，把电子去掉，利用磁场使之变成尖锐的高能定向束流，随后把质子束向空间发射出去。

　　2.中性粒子加速器

　　利用对原子进行加速的方法，制造出中性粒子，然后聚集成尖锐的高能定向束流，以接近光速的速度发射出去，击毁目标或使其失效。

　　粒子束武器的破坏机理是动能杀伤和γ、X射线破坏。粒子束不受云、雾、烟等自然环境和目标反射的影响，也不会因目标被遮蔽或受到干扰而失效，其全天候和抗干扰性能较好。粒子束直接穿入目标深处，不需要维持一定时间，有利于攻击多目标。如果粒子束没有直接命中目标，则会在目标周围产生γ、X射线，造成第二种伤害和破坏。粒子束的毁伤作用表现在:

　　(1)使目标结构汽化或熔化;

　　(2) 提前引爆弹头中的引信或破坏弹头的热核材料；

　　(3)使目标中的电子设备失效或被破坏。

　　粒子束既可实施直接穿透目标的“硬杀伤”，也能实施局部失效的“软杀伤”。带电粒子束对目标的穿透能力极强，能量集中，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。中性粒子束还可对目标周围产生的中子、γ、X射线进行遥测，实现对目标的识别。

　　粒子束武器的研制难度比激光武器大，但作为天基武器比激光武器更有前途。其主要优点是:(1)不用光学器件(如反射镜);(2)产生粒子束的加速器非常坚固，而且加速器和磁铁不受强辐射的影响;(3)粒子束在单位立体角内向目标传输的能量比激光大，而且能贯穿目标深处。

　　粒子束武器的缺点主要有：(1)带电粒子在大气层中传输时，由于带电粒子与空气分子的不断碰撞，能量衰减非常快，而中性粒子不能在大气中传播;(2)带电粒子在大气中传输时散焦，因此在空气中使用的粒子束，只能打击近距离目标，而中性粒子束在外层空间传输时也有扩散;(3)受地球磁场的影响，会使光束弯曲，从而偏离原来的方向。

　　10.电磁“金钟罩”

　　雨辰号空天战机采用的电磁“金钟罩”不是大家常说的那种刀枪不入的保护屏障而是由飞机机体内的电磁装置向外发散的一种干扰电磁波，当敌方炸弹受到电磁波干扰在没接触到飞机时使之提前爆炸，使其不受伤害。如图所示：

　　雨辰3号空天战机作战效能分析

　　雨辰3号空天战机性能与F-15C、F-22比较

　　项目雨辰-3空天战机F-15CF-22

　　起飞重量(kg)349502051027220

　　正常载油量(kg)16540610311350

　　起飞推重比3.51.051.17

　　起飞翼载(kg/㎡)465364350

　　最大M数发动机全加力25.962.02.0

　　发动机最大状态3.51.01.65

　　最大表速(km/h)346013901480

　　最小机动表速(km/h)300200

　　实用升限(m)400001830020000

　　爬升率(m/s)H=0km，M=0.9587246350

　　H=5km，M=0.9455196243

　　最大使用过载1299

　　稳定盘旋过载H=5km，M=0.912.56.37.0

　　H=11km，M=1.66.82.64.3

　　加速性(a)，H=11km，M=0.8~1.635412564

　　最大瞬时盘旋角速度[(°）/s]6027.428

　　起飞起飞速度(km/h)468275

　　滑跑距离(m)366520440

　　着陆着陆速度(km/h)186240

　　滑跑距离(m)400762470

　　最大转场航程(km)914057453200

　　作战半径(km)，高—高—高剖面106015801300

　　图六(a) “雨辰”3号空天战机的装配图

　　图六(b) “雨辰”3号空天战机三视图(机翼展开时)

　　图六(c) “雨辰”3号空天战机三视图(机翼闭合时)

　　雨辰3号空天战机基本数据

　　机长　　　　　　　　24.5米

　　翼展　　　　　　　　25.96米(展开时)；14.34米(闭合时)

　　机高　　　　　　　　7.34米

　　机翼面积 约89平方米

　　空重　　　 46500~54600千克

　　最大平飞速度 　　　　　　　　　M=25.69

　　巡航速度(高度21000米)　　　　　　　　　M=6

　　限制过载 +12

　　结束语

　　随着航空航天事业的不断发展,未来从事空间商业活动的航天器朝着追求飞得更高、更快、更久，性能多样化的方向去发展。“雨辰”3号空天战机集航空器和航天器于一体的飞行器，采用前鸭翼、变前掠翼的气动布局，前掠翼和大后掠三角翼的完美结合使其同时具备了三角翼、前掠翼的优点，提高了机翼的载物量和机动性能，使其实现了飞行速度从马赫数0变化到25这样大的一个跨度。跨音速航程、低速航程得到了很大的延长。前掠翼的高跨音速操空性能使飞机具有良好的机动能力。结构采用了具有大升阻比的升力体构型。此结构是超轻质、高强度和功能结构一体化的。具有最先进的高超声速动力系统、结构防热系统、控制系统和安全保障系统。可重复使用和多用途的性能将在未来的空间活动中发挥更大的作用。

　　它集当今高科技技术于一身，具备多种优越性能于一体。从前掠翼和大后掠三角翼的完美结合，到高升阻比的升力体，黑障的利用 ，到具有大推力的涡扇—冲压—火箭组合发动机…由于积聚了众多高科技先进技术，大大提高了技术含量的同时，也不可避免的提高了对技术的要求。总而言之，“雨辰”3号空天战机是一种较为理想的新型飞行器。展望未来，它在军事、商业领域将有巨大的发展前景，将为人类太空探索领域做出卓越的贡献。它既是一种反应快、费用较低的跨大气层飞行的运输机，也是一种装备有计算机和先进探测设备的侦察飞行器，还可能是一种廉价、灵活并可重复使用的太空发射平台。 在未来太空战中，既可以当作航空兵参加战斗，也可以参加天军行列，出现在太空战场上，与大空“敌人”厮杀。它是比航天飞机更为灵活、战斗力更强的一种太空武器！

　　关于“雨辰”3号空天战机设计的CATIA应用

　　“雨辰”3号空天战机的三维虚拟设计主要应用于Dassault systemes 的CATIA软件，其中包括：首先以机械设计的零部件设计绘出“雨辰”号空天飞机的机身、机翼、尾翼、座舱、发动机、起落架、副翼、襟翼、方向舵、货物舱、固体推进器、前鸭翼；然后用形状中的创成式设计进行高级曲面设计来完成蒙皮、发动机、涡轮等零部件；应用机械设计中的装配件设计进行各部件、组合件的装配，应用人机工程学设计与分析中的Human Measurements Editor和Human Activity Analysis设计和放置驾驶员；再应用数字模型运动分析(DMU Kinematics)进行运动模拟分析；最后应用分析与模拟计算零部件及组合件的强度、刚度及其运动特征。

　　相关专题：第三届飞行器设计大赛