“迅捷”空天往返运载系统

　　作者：南昌航空工业学院 廖文峰

　　TEL：13755644460

　　随着科技的发展，人类对太空的需求和探索也日益增长，因此研制一种经济、快捷、方便、简单的空天运载发射系统就十分必要。就目前世界各国所用的运载工具而言，还是以一次性运载火箭为主。美国的航天飞机虽然运载能力强大，但发射费用并没有达到设计的要求，而且其可靠性也有待提高，“挑战者”号和“哥伦比亚”号航天飞机的失事给航天飞机的未来抹上了一层阴霾。综合考虑未来航天器发射的各种因素，设计了这套“迅捷”空天往返运载系统。

　　性能数据：

　　“迅捷”载机： 机长 80m 翼展 42m(全展) 36m(下垂) 机高 18m

　　空重 120吨 满状态重量 700吨

　　最大载重 380吨 最大起飞重量 1100吨

　　最大飞行速度 5M 最大飞行高度 50KM

　　动力装置：4台120吨推力煤油/液氧

　　4台130KN涡轮风扇发动机[如WS-10A]

　　(或2台250KN涡轮风扇发动机)

　　“迅捷”轨道器：机长 60m 直径 5.6m

　　空重 60吨 满状态重量 310吨

　　最大载重 50吨 允许着路重量 150吨

　　货舱长度 32m 货舱直径 4.6m

　　成员舱容积 70m3 驾驶员 3人 (最多容纳12人)

　　留轨时间 7-30天 轨道活动高度 185-1100KM

　　动力装置：4台50吨推力液氢/液氧火箭发动机(可重复使用)

　　2台130KN涡轮风扇发动机[如WS-10A]

　　设计特点：

　　载机采用鸭翼+三角翼的气动布局设计，这种设计借鉴了美国XB-70轰炸机的设计。三角翼前缘向下倾斜，并将约60㎡的翼尖与主翼以铰链方式接合，在高速飞行时翼尖可垂下15度至45度。理论上此折动机翼有三种好处(高速时)：

　　(1)、使翼尖起到部分垂直安定面的作用，有助于载机的方向安定性。

　　(2)、超音素时，可抵消其上反角效应。

　　(3)、破坏翼面后部所产生的部分升力，避免升力中心过度向后移动，使飞机趋于稳定。

　　采用这种设计后，下折的主翼尖除了在利用缩小的翼面积，控制空气动力中心在超音速飞行状态下位置的变化，增加超音速飞行时的稳定性之外，它们还可将飞机在超音速飞行时机身前段处所造成的冲击波包围在机身下方无法向两侧扩散消逝，等于是让整架飞机“骑”在自己产生的震波上。这种被称为“压缩举升”(Compression Lift)的概念可将超音速冲击波转化成飞机的上举力道，使得载机的升阻比(Lift-to-Drag Ratio)大大提高。下折的角度随飞行状态的变化而改变。

　　前置鸭翼的设计部分是为了抵消因高速飞行主翼升力中心后移时，机鼻向下的趋势。鸭翼前缘有一个可微调的翼缘，后缘是各自独立动作的襟翼。但在3马赫以上时，前置鸭翼无法抵消升力中心后移所产生的力矩，此时就必须使主翼翼尖向下弯折，以增加其俯仰和方向的安定性。

　　由于在上升入轨和在轨工作的过程中，机翼不但没有起到作用，反而增加了阻力。因此轨道器的变掠机翼和垂尾平时处于轨道器内部，在返回大气层时展开成为正常布局降落。这样既减小了阻力又易于再入大气层时的姿态控制。

　　工作过程： 将载机和轨道器在厂房组合好，放置在专用的轨道助推车上；在需要发射时拖至发射铁路轨道上，加注燃料；同时启动助推车及载机发动机，滑行2000-3000m起飞；快速爬升至50KM左右，达到5M左右的速度，载机姿态控制发动机启动，轨道器主发动机启动；达到80度迎角时，爆炸螺栓引爆，载机与轨道器分离；轨道器加速爬升至预定轨道高度；载机主发动机关闭，滑翔至20KM处启动涡扇发动机，按预定程序在机场降落；轨道器返回时，先调整姿态再入大气层，减速发动机启动工作，减速系统启动，到30KM处时调整姿态，逐步展开机翼及垂尾，按程序在机场降落。

　　本系统的最大优势在于利用现有技术开发新的系统，而达到预定的设计目的。载机和轨道器都都是火箭与飞机的结合，这些技术对目前我国的技术水平来说，已经没有什么技术难点了。

　　另外，载机在基本不变的情况下还可以改进出其它的变形机型来，充分体现“一机多型，一机多用”的设计思想。如将可重复使用火箭发动机改成高效率的超燃冲压发动机，加上客机座舱就可以成为一种实用的超音速客机；再改进结构布局，加上必须的设备，就可以改成为一种性能优异的高超音速轰炸机。这些对中国的航空工业来说，是成为航空大国的必备机型。

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