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本人擁有的美國原版高超音速飛行器全套設計手冊中的部分頁面

航空與太空是兩種不同的航空技術,但又有著密不可分的關係性,航天器在進入太空時,必須穿越大氣層,而在返航穿越大氣層,在1960年代初,美國就設想了一種將航空與太空兩種飛行技術的緊密結合的嶄新構想,這是一種又可以在大氣層內以正常飛機方式飛行,在正常機場起降,又能飛出大氣層的跨大氣層飛行器,但當時的噴氣發動機需要吸入空氣壓縮燃燒再噴出,在沒有空氣的太空外無法運作,火箭發動機可在大氣層內外運作,但所攜帶的推進劑比較笨重,比衝值小,技術條件與實際上相差太遠,且使用需求並不明確,因此計劃中止,

計劃中止了25年後,美國開始有15個國家積極參加建造的空間站計劃,在國際空間站施工至一定程度後,就要向空間站運送宇航員、物資及器材等補給任務,高峰期將達每年將近千次之多。這些任務如果使用運載火箭1年的運輸費用將達到上百億美元。這錢誰也花不起,為了省點錢,美國在1986年提出研發代號為X-30的太空梭計劃,最大的要求就是別象運載火箭那麼浪費,應該可以在跑道起降並可重複使用,最好採用併兼具液態火箭發動機的混合式衝壓發動機

美國空軍也一眼看中其可執行發射、維修軍事衛星的軍事用途,洛克希德·馬丁公司在1996年展開X-30研發計劃,X-30概念機全長23m,不載人不設觀測窗,採與太空梭相同的起降模式,飛行速度13馬赫,X-30計劃於1991年11月因預算縮減被迫終止後,由其概念衍生而來的X-33冒險之星緊接著發展,這些計劃都是為了更省錢的把東西和人送入太空,不過為了省錢X-33研發計劃因為沒錢了在2001年被丟一邊去了

在X-33計劃進行的同時,美國宇航局也做了多手準備,於1997年開始X-43的研製(即Hyper-X計劃),以X-43A為基礎研發飛行速度15馬赫系列實驗機,預定於2025年研製出首架實用化的空天飛機,X-43A設計要求充分利用大氧層中的氧氣,減少飛行器自帶的氧化劑以減輕起重量,還要可重複使用,除消耗推進劑外不拋任何助推器和可在跑道起降並可減少維修費用,飛行範圍是從大層內到大氣層外:速度最終達到25馬赫。繞地球飛行一週只要數小時。

如此大的速度及操作環境變化·是目前現役任何單型別發動機所無法勝任,需要一種突破性的發動機,X43的採用使用液態氫為燃料衝壓發動機作為動力來源,其結構由衝壓涵道、燃燒室、尾管等三部所組成,構造簡單,重量輕、推重比大,在超音速飛行時,氣流進入發動機涵道中擴張減速·任氣流自行壓縮以提高壓力將動能轉裝成壓力能(如進氣速度為3馬赫時,理論上可使氣體本身壓力提高至37倍)

壓力和溫度升高後進入燃燒室與燃料混合燃燒,將溫度提高至2000-2200℃·甚至更高,燃氣由噴嘴高速排出後產生推力。但無法在靜止的狀態下起動,所以X43就以精準自動儀器公司製造X計劃的飛馬火箭為加速動力源。在到達衝壓發動機能正常運作的巡航速度時火箭就與之脫離。

飛馬火箭採3節式設計,全長16.9m(含長1.83m,直徑1.17m的整流罩時),直徑1.27m翼展6.7m,重達23130kg,總推力約97741.7kg,可將1枚重達453kg的微型衛星至低軌道,最大特色是具有三角翼,

X-43全長3.65m,寬1.52m,重997kg,最高飛行速度10馬赫,框架是快速固化粉末治金工方式製造的高純度耐高溫合金材料,發動機與機身整合為一·構成高度流線化的乘波體外形。機身前段整合獲動機涵道,後段機身整合發動機尾管在整合設計中,

說是空天飛機不夠資格,只能和東風17一樣列為乘波體高超音速飛行器,東風17我們是沒機會看到其內部結構的了,但可以看看X-43的內部結構,雖然一個是武器級,一個是試驗機,但同樣是乘波體高超音速飛行器,機身內部的結構大同小異,也可供參考參考

乘波體高超音速飛行器面臨的一個很大難題是需要多次進出大氣層,每次重返皆會與空氣劇烈摩擦而產生大量的熱,機首處溫度約為攝氏1800C,機尾溫度約為1460C,機身下方約為980℃,機身上方約為760℃。隔熱系統在起飛爬升階段要承受發動機的衝擊力、震動、空氣動力,在重返階段要經受頻動,起落架收放及觸地衝擊等作用都要保持良好的氣動力外型,太空梭因受氣動力熱效應的時間短,機體表面覆蓋的二氧化矽隔熱瓷片即可達到滿意的耐絕效果,但如果需要重複使用的空天飛機則無法使用這種一性的隔熱瓷片,

X-43的解決方式是在機首、機翼前緣等區域性高溫區域使用導熱效率特別高的熱量交換管來吸收機體表面熱量,以將熱量轉移到溫度較低的部位。低溫的推進劑也在夾層內或管道內流動吸收機表面摩擦所產生的熱量。機首與機翼等部位最高溫度處需用化矽緩維複合材料的隔熱層,這種複合材料表面有碳化矽,重量輕且時高溫效能好,

X-43A的首次試飛於2001年6月2日在澳洲附近的太平洋上空7300m高度展開,依據設定的程式,做為X-43A助推器的飛馬火箭脫離NB-52B之後,火箭發動機就會點火起動,將X-43A推送到28500m高空。X-43A將在此高度動發動機使用本身動力以馬赫7的速度飛行,20:45,1號機在發射並脫離NB-52B轟炸機的掛架,但飛馬火箭隨即偏離軌道失去控制。監測並紀錄相關資料的地面飛行管制人員立即下達指令讓X-43A和飛馬火箭自行摧毀。首次試飛任務失敗

2004年3月27日2號機由NB-52B轟炸機搭載從加州莫哈維沙漠西側的愛德華空軍基地起飛,飛行至13752m的高度後,帶著X-43A的飛馬火箭脫離NB-52B炸機的掛架,整個試飛任務進入關鍵階段自由降落5秒鐘後,高度比NB-52轟炸機低100m,此時飛馬火箭第1節點燃,隨後陸續點燃第2節及第3節?在80秒內將X-43A推送至近34380m的高空,

此時燃料燒完的飛馬火箭與X-43A脫離,接著X-43A歐動發動機點燃發動機10秒鐘後,X-43A的飛行速度達到馬赫7。最後·X-43A從34380m,高空一路滑翔並進行一連串飛行動作以減速6分鐘後墜入南加州海岸外約720km處的太平洋,整個試飛過程約10分鐘。

3號機預定於2004年秋季試飛,測試目標10馬赫,並預計2008年試飛改良型X-43B及X-43C全長約5.5m,構型仍與X-43A相同,助推器仍是飛馬火箭。與X-43A不同的是X-43C使用JP-7航空燃油,不過11月16日3號機試飛後,試驗團隊已經明白如何在超音速下運作X-43就是一個大難題,因此以X-43A來達到2025年研製出首架實用化的乘波體高超音速飛行器其實是個遙不可及的夢想,團隊也就此解散了

為什麼美國會在這場世界最頂級的科技之爭中起了個大早,趕了個晚集呢?關鍵還是在投資巨大的風洞,美國僅僅分析太空梭重返大氣層的空氣動力就進行了10萬小時的風洞測試,X-43的氣動問題比太空梭要複雜許多。

因為空天飛機飛行速度變化極大馬赫數從0~25·在極音速範圍內;飛行高度變化也很大,從地面到幾百公里高的太空;太空梭重返大氣層時下降時間只有十幾分鍾,而太空天飛機則為1~2小時,解決空天飛機氣動力問題可能需進行上百萬小時的測試。

既使以一座每天24小時持續不停的測試要花費將近100多年的時間,當然有一百座就只需一年,更不幸的是美國現在連一座馬赫數跨越如此大範圍的測試風洞設施也沒有,美國現有的風洞都是九十年代以前建立的老舊風洞,而對手有一整套的風洞群,沒有實體風洞的幫助,美國研究人員只能用取巧的方式,以超級計算機模擬方式來解決氣動問題,

不過模擬方式在可能性與實際之間存在一段很大的距離,導致真機試飛大多以失敗告終,而且美國的超級計算機數量和計算能力也不及對手的一半,在這種世界最頂級的科技之爭,想勝出不是靠吃老本,而是拼命砸錢,如同馬拉松賽跑,美國經驗豐富搶先領跑,慢慢體力不繼(沒錢),對手後來居上,逐漸趕超,英國就是最好的例子,發明了無數改變世界的科技,到最後,自己反而造不出了。

這是越南河內科技大學網站上看到的,圖片中的文字意思是越南高速飛行器,介紹說可達5倍音速,可能純粹某些人的設想圖,並非實物。

最新評論
  • 1 #

    一:30年都不造中程導彈了!二:沒有5至35倍激波超音速風洞!三:沒錢!(把狗糧斷了也沒用,美分不用緊張)

  • 2 #

    就越南這氣動外形,時速能上600km就謝天謝地了

  • 3 #

    很多年了!試驗很多次了!失敗也很多次

  • 4 #

    去工業化的惡果,重新工業化的代價更大,時間更長。所以美國只能熬時間,或者等科學研究一下碰對了。也許美國明天就有了,也許換個方向繼續研究!

  • 5 #

    越南那個確定能飛。。?

  • 6 #

    開始的“太空”改為“航天”比較合適

  • 7 #

    越南也想搞高超音速導彈?

  • 8 #

    越南世界第三!(確認)

  • 9 #

    靠!山寨我們中國的DF17

  • 東風家族日益強大,美國亞太老巢不安穩,五角大樓急尋新防禦手段
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