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作品:胡铃心毛子夏之超飞一号空天客车

http://jczs.sina.com.cn 2006年09月08日 21:13 新浪军事
作品:胡铃心毛子夏之超飞一号空天客车

超飞一号空天客车低速飞行

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  “超飞一号”空天客车

  胡铃心 毛子夏

  “超飞一号”是一种低费用、高效益的新一代临近空间飞行器,它是航空与航天的完美过渡和融合。“超飞一号”的巡航速度可达8马赫,巡航高度40千米,最大载重航程1
9000千米。到那个时候,人们将会乘坐上它,从地球的一端水平起飞,进入临近空间,然后再返回地球上的任一机场,环球旅行就如同今天的国内旅行那样方便快捷。让我国自己的客机飞遍全球是许多国人的梦想,为此,首架“超飞一号”采用中国国际航空公司的涂装。

  为了追求高速性能,“超飞一号”的气动外形采用了乘波体设计,高超声速巡航时可利用激波产生升力,具有低阻、高升力和大的升阻比特性。通过采用

等离子空气动力学减阻技术,“超飞一号”可进一步降低高超声速巡航的阻力。此外,飞机在高超声速飞行时,气动焦点将大幅后移,带来严重配平的问题,并导致配平阻力增大。“超飞一号”利用利用滑动式鸭翼,高速时巡航时,鸭翼能自动向前滑动,形成远耦鸭式布局,有效阻止使气动焦点后移,减小配平阻力。采用这种方法无需像协和客机那样“用复杂的前后导油系统调节重心”,减轻了结构重量。低速起降时,鸭翼自动向后滑动,形成近耦鸭式布局,利用鸭翼的脱体涡对主翼形成有利干扰,增加整机升力,同时还能避免低速时过大的静不稳定。

  为了近一步改善低速和起降性能,提高飞机的安全性和舒适性,“超飞一号”采用了一项独特的设计,即“伸缩式仿生自由变形翼”,它是伸缩翼、仿生翼、自由翼、变形翼四种航空新科技的有机组合体。高速飞行时,“伸缩式仿生自由变形翼(也称作外翼)”存放在飞机内翼中;低速飞行时伸展出来。该翼伸出后,由于采用柔性变形结构,不仅机翼中部可弯曲扭转,而且翼稍部分还可以向上翘起并分叉,形成仿生型的翼稍小翼,模仿大鸟滑翔时的翅膀形态,可有效降低低速飞行时的诱导阻力。 “超飞一号” 的外翼不是固定在内翼上的,而是与内翼之间实行铰接,可绕轴自由转动,故而称之为自由翼。它能像风向标一样自动调节以适应阵风,能够大大减轻客机的颠簸和振动,提高旅客的舒适性,并能避免失速。“超飞一号”外翼里装有分布式“金属阳离子交换膜”作为驱动装置,根据翼面流场实际情况,动态使机翼产生期望的弯曲和扭转弹性变形,从而达到“全翼自适应变形”的最佳外形效果,完全取代了机械舵面。

  作为飞行器的心脏,推进系统直接决定着飞行器性能的高低。作为未来的空中高速交通工具,“超飞一号”的发动机——“超燃一号”是一款新概念的“变循环脉冲爆震外骨架发动机”。脉冲爆震发动机(PDE)是一种利用爆震波产生推力的先进发动机,被认为是21世纪最有前途的革命性航空航天动力之一。“超燃一号”作为组合式变循环发动机,它把涡轮风扇发动机和脉冲爆震发动机的流路和推进循环组合在一起,脉冲爆震发动机替代了高压压气机、燃烧室、高压涡轮或加力燃烧室,这样便将涡轮风扇发动机推力大、油耗低、噪音小的优点和脉冲爆震发动机循环效率高、结构简单、重量轻、高速性能好的优点结合起来。不仅如此,“超燃一号”发动机还采用了新颖的外骨架结构,即用全新的复合材料鼓式转子,取代了常规喷气发动机中笨重的盘和轴,使发动机重量减轻三分之一,这样大的重量减轻能让推进系统的推重比大幅提高。

  “超燃一号”配有四个进气道,包括两个机背进气道和两个机腹进气道,可根据具体的飞行状态,选择不同的进气方式。“超燃一号”的进气道采用自适应DSI(无附面层隔道进气道)。“超飞一号”的DSI鼓包采用自适应柔性变形材料制造,超声速飞行时,“超飞一号”可根据飞行速度和发动机进气口流场情况,自动调整鼓包下面气囊的充气压力,进而改变DSI鼓包的截面大小和形状,减小进气畸变,提高总压恢复系数,使各种状态下发动机都能保持最佳的进气效率。

  高速飞行对“超飞一号”的结构提出了更高要求。“超飞一号”采用具有自诊断、自修复能力的智能材料和含有热电材料的多层防热结构。利用热电材料,可将飞机的剩余气动热转化为电能,为等离子发生器提供电能。利用智能材料不仅可以自动修复飞机的损伤,而且还有利于实现“超飞一号”的机动载荷控制和结构主动控制(包括主动振动控制、主动气弹控制等)。

  “超飞一号”的中央控制系统装备智能超导神经网络中央计算机——“超算一号”,它具有极其强大的信息处理能力,通过光传操纵系统,将指令迅速准确地传递给遍布在飞机各部位的智能作动器,使飞机始终保持最佳的操控状态。

  “超飞一号”装备了最前沿的中微子通信技术,具有超远的通信距离和极强的抗干扰能力。

  “超飞一号”的先进技术将使乘客享受更为快捷、舒适、难忘的环球空中旅程。

  “超飞一号”空天客车概念设计

  自从1903年,世界上第一架飞机问世,一个世纪以来,飞机已逐步成为人类交通运输的主要工具,它改变了人类的时空观,使地球变得越来越小。

  欣喜之余人们也感到一丝忧虑:据有关部门统计,2000年全世界的航空客运量就已经达到约3万亿人次,如此大的空运客流量将对机场造成巨大压力。目前使用的先进喷气客机基本上都是高亚音速,巡航速度仅在900km/h左右,从北京飞往巴黎需要11-12小时,飞往纽约需要14-15小时。这样长时间的空中旅行,人们很容易疲劳。况且在“时间就是金钱”的当代,十几个小时无疑是一个巨大的浪费!

  因此,人们希望未来能出现一种飞行速度更快,载客量更大,航程更远,乘坐更舒适、更安全、更经济的客机。

  针对这一需求,“超飞一号”空天客车应运而生。它是一种低费用、高效益的水平起飞、水平着陆、可完全重复使用的新一代临近空间飞行器,它是航空与航天的完美过渡和融合。到那个时候,人们将会乘坐上它,从地球的一端水平起飞,进入临近空间,然后再返回地球上的任一机场,环球旅行就如同今天的国内旅行那样方便快捷,那是何等令人向往啊!

  首先,让我们来了解“超飞一号”卓越非凡的性能。

  第一,“超飞一号”的巡航速度可达8马赫,是当今世上最快客机——“协和”的4倍,这使它的乘客能在3小时内飞抵世界任一机场,界时地球将真正成为“地球村”。

  第二,“超飞一号”具有很好的低速性能和较短的起降距离,减少了对繁忙的枢纽机场的依赖,旅客无需转机就能直达目标城市。

  第三,“超飞一号”的最大载客量为420人,是“协和”的3倍。

  第四,“超飞一号”拥有足够的航程,一次加满燃料就可以飞到地球上的任意一个角落,界时乘客们再也不必为飞机中途加油浪费时间而苦。

  第五,“超飞一号”的乘坐十分舒适,乘客在飞机上尤如置身于星级宾馆。

  第六,“超飞一号”实现了计算机智能控制,避免因为飞行员操纵失误而导致飞行事故。

  第七,“超飞一号”采用多种安全设计,能有效保障乘客的飞行安全。

  1.气动设计创新

  1.1乘波设计

  对于高超声速飞机,激波往往是有害的,而“超飞一号”却可以利用激波来产生升力。“超飞一号”采用了乘波体外形设计方案,这种外形的生成步骤如下:首先生产无粘自由流场,然后选择自由捕捉面,它与锥体激波相交的交线即为前缘曲线,通过前缘曲线到锥体底部向下游追踪流线,即可生成乘波构型的下表面。通过前缘曲线向后跟踪自由流线直到锥体底部,即可以生成乘波构型的上表面。(如图3所示)

  乘波体外形具有低阻、高升力和大的升阻比特性,特别适合于高超声速飞行器。常规外形在超声速流中前缘大多是脱体激波,激波前后存在的压力差使得波阻非常大,而乘波体的前缘和上表面与激波同面,不会形成大的压力差。乘波体的下表面由于激波后区域压力会突然升高,而且激波后的高压区局限在下表面。因此“超飞一号”可以利用额外的上下压差来产生附加升力。

  不仅如此,“超飞一号”的机翼和机身完全融合形成一个升力体,具有很高的升阻比。

  1.2、伸缩式仿生自由变形翼

  虽然“超飞一号”是一架不折不扣的高超声速临近空间飞行器,但无论飞得再高再快,也要经历起飞着陆过程。这就要求飞机在保证高速巡航性能的同时,还要兼顾低速性能。为此,“超飞一号”采用了一项独特的设计,即“伸缩式仿生自由变形翼”,它是伸缩翼、仿生翼、自由翼、变形翼四种航空新科技的有机组合体。(如图4所示)

  (1)伸缩翼

  当“超飞一号”作高速飞行时,“伸缩式仿生自由变形翼”折叠存放在飞机内翼的翼稍翼盒中;当“超飞一号”速度低于700km/h时(包括起飞着陆时),“伸缩式仿生自由变形翼”(也称为“超飞一号”的外翼),从内翼内逐步伸出,有利于提高飞机的升阻比,降低起飞着陆速度,缩短起飞着陆滑跑距离。此外,外翼伸出的长度可长可短,通过改变展弦比适应各种低速飞行状态。

  (2)仿生翼

  “伸缩式仿生自由变形翼”的平面形状模仿大鸟滑翔时的翅膀形态。该翼伸出后,由于采用柔性变形结构,不仅机翼中部可弯曲扭转,而且翼稍部分还可以向上翘起并分叉,形成仿生型的翼稍小翼,有利于降低低速飞行时的诱导阻力(飞机低速飞行时诱导阻力占总阻力的比重较大)。

  “超飞一号”的外翼不是固定在内翼上的,而是与内翼之间实行铰接,可绕轴自由转动,故而称之为自由翼。它能象风向标一样自动调节以适应阵风, 在突风紊流情况下能做出快速响应,平衡和减轻突风载荷,具有很强的抗突风干扰能力,能够大大减轻客机的颠簸和振动,提高旅客的舒适性。并且自由翼能够使机翼迎角始终低于临界迎角避免失速,确保客机的安全性。(如图5所示)

  同时,由于采用了自由翼, “超飞一号”在起飞时机身在纵向可以适当倾斜,从而可以改变推力的方向。不仅如此,“超飞一号”的外翼在飞机着陆滑跑时还可以逆时针旋转,成为一个巨大的减速板。这些优点使得“超飞一号”具有更好的起降性能,可降低对机场的依赖程度,并提高起降安全性。

  (4)变形翼

  常规飞机的襟翼和副翼操纵采用较为复杂的铰链系统,不仅增加飞机质量,操纵时还易引起结构的振动、噪声和疲劳,并且增升和操纵效率难以得到很大的提升。

  “超飞一号”的外翼由柔性材料构成,相对于目前飞机的刚性机翼,它的弯曲刚度和扭转刚度较低,这样就可以更容易地通过驱动分布布置在机翼上的微型驱动装置,使机翼产生所期望的弯曲和扭转弹性变形(即可动态改变翼型形状,例如由超临界翼型变为低速翼型,也能随时改变机翼的上反角),从总体上达到全翼“自适应变形”的最佳外形效果,取代了笨重的机械襟翼和副翼。

  “超飞一号”外翼的驱动装置是 “金属阳离子交换膜”(如图6所示),制造外翼过程中将金属阳离子交换膜分布式地嵌入到柔性蒙皮里。在电场的作用下,“金属阳离子交换膜”将产生变形,起到驱动器的效果,不同部位的“金属阳离子交换膜”驱动电压不同,变形形态也不同,这样就带动机翼蒙皮产生形态各异的变形效果。与“超飞一号”内段刚性变形翼采用的形状记忆聚合物(SMP)相比,“金属阳离子交换膜”所需的驱动电能更小。虽然它的驱动力不及SMP,但因“超飞一号”的外翼具有很好的柔性,分布式“金属阳离子交换膜”的驱动力足以使外翼产生期望的弯曲和扭转弹性变形。另外,“金属阳离子交换膜”在交变电场的作用下,可产生局部高频振动,因此,它可应用于机翼的振动主动控制(产生反振动)。

  1.3、层流控制

  减小阻力的一种有效方法是层流控制,“超飞一号”采用的方法是采用可变形层流翼型的同时在机翼表面开千万个微孔,在微孔处进行吹气,推迟气流向紊流转变,维持流动的层流。

  1.4、等离子减阻技术

  为了进一步降低高超声速飞行时的气动阻力,“超飞一号”采用了等离子空气动力学减阻措施。产生等离子体的设备称为等离子发生器。目前国际上在研的有两种等离子发生器:脉冲放电式和电子束式,生成并维持同样规模的大气等离子体时,后者消耗的功率仅是前者的1/10,并且更加的小型化。因此电子束式离子发生器更适合在飞机上使用。“超飞一号”采用的是改进型电子束式离子发生器,同时它能利用飞机周围的静电能量来提高电离效果。“超飞一号”的等离子减阻原理如图7所示:

  2. 推进系统设计创新

  2.1 变循环脉冲爆震外骨架发动机

  作为飞行器的心脏,推进系统直接决定着飞行器的性能的高低。作为未来的空中高速交通工具,“超飞一号”的发动机——“超燃一号”(CR-1)是一种先进的“变循环脉冲爆震外骨架发动机”。

  脉冲爆震发动机(Pulsed Detonation Engine)是一种利用爆震波产生推力的新概念发动机,被认为是21世纪最有前途的革命性航空航天动力之一。它一般由进气道、爆震室、尾喷管、推力壁、爆震触发器、燃料供给和喷射系统及控制系统组成(如图8所示)。脉冲爆震发动机的基本工作循环包括四个步骤:第一,爆震燃烧室充满可爆混合物,第二,在燃烧室的开口或闭口端激发爆震波;第三,爆震波在燃烧室内传播,并在开口端排出;第四,燃烧产物从燃烧室中排出。

  由于爆震燃烧产生的爆震波可使燃料的压力、温度迅速升高,压力可达10MPa,温度可达2000度,因此,爆震燃烧的发动机可以不用传统发动机中的压气机和涡轮部件就能达到对气体进行压缩的目的,从而使发动机结构大为简化,成本显著降低。此外,由于爆震波的传播速度极快,因此整个燃烧过程接近定容燃烧。有关研究表明,定容燃烧的热力循环效率可达47%,明显高于定压燃烧的27%(普通发动机都是接近定压燃烧)。因此,采用爆震燃烧的推进系统可极大地改善性能。

  “超燃一号”发动机是一种组合式变循环发动机,它把涡轮风扇发动机和脉冲爆震发动机的流路和推进循环组合在一起,脉冲爆震发动机替代了高压压气机、燃烧室、高压涡轮或加力燃烧室,这样便将涡轮风扇发动机推力大、油耗低、噪音小的优点和脉冲爆震发动机循环效率高、结构简单、重量轻、高速性能好的优点结合起来,使“超燃一号”具有很高的推重比和良好的高度速度特性。(如图9所示)

  不仅如此,“超燃一号”发动机还采用了一种新颖的外骨架结构,即采用全新的复合材料鼓式转子,取代了常规喷气发动机中笨重的盘和轴,可以使得发动机重量减轻三分之一,这样大的重量减轻使推进系统的推重比大大提高,并显著降低了耗油率。并在发动机中心部分留下了空腔,可以更方便地容纳脉冲爆震发动机。

  2.2 可上下协同进气的自适应DSI进气道

  “超飞一号” 两台发动机采用四个进气道,包括两个机背进气道和两个机腹进气道。 “超飞一号” 起降滑跑时采用机背进气,这是由于机背进气可避免飞机在起降滑跑时发动机吸入异物,并且可以降低起降时的噪声;飞机离地大迎角爬升时机腹进气道参与工作,提高发动机工作效率。“超飞一号”高速乘波飞行时主要使用机腹进气,这是因为乘波体下表面是流面,没有横向流动,因此,可以保证发动机进气口流动的均匀性,并能利用机腹高压气流的冲压效应提高进气效率。在发动机最大推力状态及遇到复杂流场情况下,上下四个进气道协同进气,最大限度保证进气量和进气品质,避免发动机喘振,确保发动机工作在理想状态。

  “超飞一号”的无附面层隔道进气道(DSI)没有附面层隔板,其进气口处只有一个鼓包,这个鼓包须跟前掠式唇口共同作用才能起到现有的进气道作用。其作用是:第一,起附面层隔板的作用。前掠唇口改变了进气口附近的压力分布,进气口中央压力高,两侧附近压力低,而与机身连接部位的压力最低。当附面层流流经前面这个鼓包时,其流向开始向外偏转,当接近进气口时,其流向大幅度偏转,被高压气流挤出进气口。二,对流入空气进行预压缩,起到其他超声速进气道的压缩斜板的作用,但它具有更高的总压恢复,能满足所有性能和畸变要求。这种新设计的鼓包,没有超声速进气道的附面层吸除、放气等机械装置,工作部件少,更加稳定可靠。它还可以减少迎风面阻力,适合与机身一体化设计。

  “超飞一号”的DSI鼓包采用自适应柔性变形材料制造,超声速飞行时,“超飞一号”可根据飞行速度和发动机进气口流场情况,通过调整鼓包下面气囊的充气压力,进而改变DSI鼓包的截面大小和形状,使得各种状态下发动机都能保持最佳的进气效率。(如图10所示)

  3. 结构材料设计创新

  3.1采用具有自诊断、自修复能力的智能材料

  高速飞行对“超飞一号”的结构强度、重量和材料寿命提出了更高要求。为此,“超飞一号”不仅在内部采用了高达80%比例的碳纤维复合材料,而且在飞机表层上首次使用了耐高温的智能材料。所谓智能材料,就是指那些能“感觉”出周围环境变化,并能根据这些变化自主地采取相应对策的材料。智能材料包括光导纤维、压电材料、形状记忆合金和电流变液体等。用智能材料制成的智能蒙皮,具有自检测、自诊断、自监控、自修复、自适应等功能。“超飞一号”的智能蒙皮中嵌入了微处理器、光纤和压电陶瓷。细小的光纤同复合材料的纤维编织在一起,纵横交错的光纤与DSP相连,感受来自压电陶瓷的信号。这样,“超飞一号”的机体就如同有了“神经系统”、“大脑”和“皮肤”,蒙皮的各个部位能感受外界的刺激,并通过光纤迅速传递到微处理器,然后立即作出反应。这点对于“超飞一号”而言,可是极其重要的。

  举两个例子来说明智能蒙皮的重要作用:

  (1)飞机飞行过程中,不可避免由于外来物(如小鸟、冰雹等)的撞击或疲劳造成损伤。如果“超飞一号”使用的是普通蒙皮,严重撞击和疲劳裂纹扩展可能威胁飞行安全。当“超飞一号”采用了智能蒙皮后,情况就大不一样了:当碰撞发生时,智能蒙皮中的“皮肤”、“神经系统”和“大脑”针对情况立即做出反应,迅速启动急救程序,首先使破损处的形状记忆合金在极短时间内恢复原状,迅速缩小“伤口”,其次“大脑”命令破损处附近的电流变液体迅速流动到“伤口”处,在一定的电场作用下,电流变液体由流动的液体立即转变为具有很高机械强度的固体,协助形状记忆合金促使“伤口”尽快愈合。这样“超飞一号”就化险为夷了。

  (2)飞机高速飞行时会产生强烈的噪声,这些噪声主要来源于机身表面与空气磨擦以及发动机喷出气流引起的空气振动。普通客机发出的噪声乘客尚且还能忍受。而“超飞一号”的飞行速度要快得多,因此其座舱内部的噪声若未经处理则可高达160分贝,这是任何人都忍受不了的。而传统的消除噪声的方法是把噪声尽可能地隔离,目前一般采用过滤吸收和屏蔽噪声等被动方法,这方法的效果不好。为此,“超飞一号”采用了主动消除噪声的方法。我们知道,噪声来源于物体无规则的振动,正所谓溯本求源,我们要消除噪声,最好的方法莫过于消除产生噪声的振动。前面说过了,“超飞一号”的智能蒙皮中存在有压电材料,这种材料即像塑料一样有柔性又像陶瓷一样有强度,能产生强烈的振荡,而且它具有感知噪声强度的能力,能将噪声的强弱转变为电流的强弱。当噪声强度超过一定值时,压电材料在电流作用下产生反振动,其振动频率和噪声频度相同并能随之改变,因此它能抵消噪声。使用智能蒙皮进行振动主动控制后,“超飞一号”客舱内的噪声大幅降低,乘客们都能耳根清静了。

  3.2采用含有热电材料的多层防热结构

  “超飞一号”高速飞行,由于气动加热,机体的温度可能上升到数百度,因此要采取有效的防热措施。本文考虑在“超飞一号”受热最严重的部位(如机头、机翼前缘)采用新型辐射式多层防热结构。防热结构的表层采用很薄的耐热合金蒙皮,如钛合金。在气动加热的热流作用下,蒙皮温度不断上升,而从蒙皮表面向外辐射的热量随温度的4次方增加,当气流传给蒙皮的热量与蒙皮表面向外辐射的热流相等时,蒙皮的温度就不再上升。防热结构的里层采用热电材料,热电材料是一种基于Thomson特性,利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在热电转化过程中具有无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点,非常适合在航天领域使用。热电材料可分为低温、中温和高温3大类。“超飞一号”防热结构里层采用的是硅锗合金高温热电材料。利用热电材料,可将飞机的剩余气动热转化为电能,为等离子发生器提供电能。

  4. 飞控通信系统设计创新

  4.1装备智能超导神经网络中央计算机

  现在,让我们认识一下“超飞一号”的总指挥——中央控制系统。该系统位于飞机的头部,是整架飞机的大脑,其核心是一台中央计算机——“超算一号”。由于“超飞一号”飞行速度、高度范围广,飞行过程中有大量系统需要协调,有大量信息需要处理。因此,“超算一号”担负着巨大的运算任务。它不仅要处理各种各样的信息,而且还要对飞机的各系统,各部门进行总控制,协调他们正常工作,所以“超算一号”必须具备相当强的运算及处理问题的能力。事实上,“超算一号”体积虽小,但它的运算能力可达28万亿次/秒,是当今世界上运算能力最强的电脑——美国蓝色基因超级计算机的1/10。

  为何“超算一号”能具备如此强的运算能力呢?原由在于它融合了“神经计算机技术”﹑“超导计算机技术”和“智能计算机技术”。

  什么是“神经计算机”呢?我们知道,一般的电子计算机处理信息主要依赖于它的中央处理器(CPU),不管的信息有多少,都得排着队,挨个地等待CPU的处理。这样一来,即使CPU的运算速度再快,其处理的信息的能力也还是很有限的。而人脑的神经网络由于神经元与神经元之间存在着大量的连结,所以信息输入后可以很快地分到各个部分去处理,而不用排队等待着前面的信息处理结束。因此人脑处理信息的速度就快多了。“神经计算机”正是借鉴了人脑的这种结构大幅提高信息处理速度。

  所谓“超导计算机”,就是指计算机内部采用高临界温度超导电缆代替普通的金属导线来传递信息。与普通金属导线相比,超导电缆最大的优点在于它能极大地提高了每条线路的信息传递速度,它每秒能够传递10的12次方比特的信息,其速度比当今最先进的光纤还要快100倍。打个比方说,如果用超导电缆来传递世界上最大的图书馆——美国国会图书馆的全部图书内容,只需两分钟就可传递完毕。由此可见,采用超导电缆后,计算机的信息传递能力得到了空前的提高。

  而“智能计算机”是指让计算机能模拟人的某些智能。当遇到某些具体问题时,计算机能随机应变,进行比较﹑分析和判断,然后自己编写出解决这些问题的程序来。同时,它还具有自主学习能力,懂得“吃一堑长一智”。有了学习能力,机器就有了生命力;学习能力是人的一个重要特征,能学习,不就标志着计算机有了智能吗?

  “超算一号”的总体构思是:以神经网络为系统结构,用各部件模拟人脑的神经元,用超导材料制造超大规模集成处理器﹑存储器和传输线路,通过使用“超并行信息传输技术”来传输信息,把“神经计算机”﹑“超导计算机”和“智能计算机”有机结合起来,进行类似于人脑的复杂思维,从而使计算机的运算速度和处理问题的能力得到极大的提高。这样一来,“超飞一号”的中央计算机就成了真正意义上的“电脑”。

  4. 2装备光传操纵系统

  光传操纵FBL (Fly By Light) 系统是以光代替电作为传输载体,以光导纤维代替电导线作为物理传输媒质,应用光纤数据传输技术在飞控计算机之间或飞控计算机与远距离终端(如舵机等)之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。

  与电传(FBW)相比,光纤传输技术之所以得到迅速的发展,是由于它具有许多非常独特的优点:

  1) 频带宽、信息容量大. 目前单模光纤的带宽可达THz·km 量级;

  2) 传输损耗低、传输距离长. 光纤损耗降至0. 2 dB/km 以下,比电缆小1~2个数量级;

  3) 抗干扰性强,使用安全. 光纤传输密封性好,有很强的抗电磁干扰性能,不易引起信号串扰,不打火花,耐高温和耐腐蚀,具有很高的可靠性和安全性;

  4) 体积小、重量轻,便于在狭小的空间敷设;

  5) 运用波分和时分技术,光传操纵具有灵活的数据总线协议和结构。

  光传操纵系统的这些优点决定了它特别适用于“超飞一号” ,在具体设计时,“超飞一号” 特别强调可靠性和使用寿命。航空光电系统作为其重要的机载设备,要在非常恶劣的环境中工作,温度变化大( - 55~ +125 ℃) ,同时还会受到有低频振动或高冲击载的作用。在这种环境下,半导体激光器(LD) 不适合作光源,因为LD 对温度非常敏感,需要复杂的电路来稳定温度和功率输出, 且LD 比半导体发光二极管(L ED) 的使用寿命短得多,而L ED 使用寿命可达108 ~1010 h ,输出线性也好于LD。因此, “超飞一号”的光传操纵系统采用L ED 作光源。

  4. 3 装备中微子通信技术

  通信,是飞行中的飞机与地面指挥人员联系的唯一手段,是关系到飞机飞行安全的重要因素。目前飞机与地面间的通信主要是借助于普通的无线电波,但这种无线电波具有易受干扰,不能钻地、入海等“先天性不足”。用它进行远程通信时有时还要借助于地面中转站或中继通信卫星,十分不便。为此,“超飞一号”摒弃了无线电通信,而采用更为先进的“中微子通信”。

  “中微子”,顾名思义,是指微小的中性粒子,它是质子和中子发生衰变的产物,是一种体积极小的粒子,在迄今已发现的300多种基本粒子中,中微子是一种奇特而稳定的粒子。这种粒子并不少见,在太阳光、宇宙射线中都有它的踪影。同时它用人工的方法也可获得。

  中微子身怀绝技,具有敢于同光速较量的神奇本领,有不费吹灰之力穿越地球的拿手好戏。它沿直线传播,在传播过程中几乎不发生衰减。据计算,中微子即使穿越地球,其能量也仅衰减100亿分之一。

  “中微子通信”是一种采用中微子束来代替电磁波传递信息的无线电通信方式。它的通信过程和普通的微波通信相仿,有发射和接收两部分装置。在发送端,用欲传递的信息对中微子中束进行调制,使载有信息的中微子束按人们的旨意朝一定的方向传送目标。到了接收终端,借助于光探测器把原来由中微子束所携带的信息解调出来,从而达到通信的目的。

  “中微子通信”具有许许多多其它通信手段无法比拟的优点。其优点突出体现在一个“强”字上:它能克服普通无线电波不能钻地、入海的“先天性不足”,可穿透地层和深海进行直线传播,因此它不会受到其它电磁波的干扰,抗干扰能力极强。采用了“中微子通信”后,“超飞一号”就不必像其它客机那样为通信不畅而烦恼。

  5.客舱布局和舱内设施设计创新

  “超飞一号”的客舱分为A、B两舱,其中A舱为头等舱,载客量较小,仅为50人,但其内部装饰相当豪华,各种休闲娱乐及办公设备一应俱全,毫不逊色于五星级酒店。B舱为经济舱,双通道,25排座位,每排载客12人,共载客300人。与A舱相比较,B舱的内部装饰和配套设施要逊色许多,但其优点在于票价便宜,其票价只是A舱的1/2,这使得普通人也能享受超高速旅行。由此可见,采用二级客舱的情况下,“超飞一号”的载客数为350人。当然,根据航空公司的需要,“超飞一号”可以取消头等舱,采用高密度的经济舱,此时载客数最大可达420人。

  为了提高乘坐舒适性,“超飞一号” 的的客舱里配备了普通客机上没有的设施,其中最具特色的就要数“超飞一号”的多功能座椅,它主要具有两大功能:

  (1)减压功能:当“超飞一号”以高速爬升时,客舱中的乘客要承受3g的过载,即受到相当于3倍重力的压力。在这样的压力下,普通人会觉得难受。这时座椅就发挥出它的减压功能,迅速有效地帮助乘客减轻压力,消除疲劳。

  (2)娱乐功能:为了消除旅行的枯燥无味,“超飞一号”每个客舱﹑每个座位皆配备了“梦幻世界”娱乐系统。它是位于每张座椅背面的高清晰LCD显示器,能提供120多种娱乐项目,让每位乘客随意挑选。无论是最新的叫座巨片、热门电视剧、紧张刺激的互动游戏、曲目繁多的流行音乐,还是不断更新的卫星新闻,都能让乘客乐在其中。乘客不仅能利用这套系统的可视电话功能向家人朋友问好,而且还可以和显示器一起聊天:乘客可以使用语音或触摸方式唤醒娱乐系统中的聊天程序,这时屏幕上就会出现一个逼真的人头像,它富有表情,会哭,会笑,甚至还会生气,它能以多种语言愉快流畅地与乘客交谈,成为他们的朋友。

  “超飞一号”的各种先进装备将使它的乘客享受更为快捷、舒适、难忘的旅程。

  超飞一号”技术数据

  翼展(外翼全收起):45米

  翼展(外翼全展开):88米

  机长:75米

  机高:14米

  空重:130吨

  最大起飞重量:280吨

  安装两台CR-1发动机,单台最大推力:680千牛

  最大载客量:420

  最大飞行速度:M9

  最大巡航速度:M8

  最大燃油航程:23000千米

  最大载重航程:19000千米

  实用升限:40千米

  起飞距离:1600米

  着陆距离:1200米

  

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