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1小時環球到達!時速2.8萬公里,國產空天飛機機翼變化喜人

伴隨著生產力逐步解放,人類對交通速度的追求也沒有一刻停止過,高速鐵路運營時速已達350公里/時,曾經的協和式客機更是突破了音速,然而我們並沒有滿足。那麼,除了陸地、海洋、天空之外還有沒有可以利用的交通空間?

當然有,海拔100公里是國際公認太空與地球大氣層之間的分界線(卡門線),只要衝出卡門線進入太空空間,飛行器就猶如魚入大海,輕輕鬆鬆可以實現20馬赫以上的極速飛行。

運載火箭時至今日仍然是人類進入太空的主要工具,即便是曾經盛極一時的太空梭依然擺脫不了火箭的影子。

運載火箭由於動力燃料完全自給,需要攜帶大量氧化劑,體積重量往往十分龐大。運輸效率相比傳統航空器也要低得多,目前世界主流火箭近地軌道運力大多在10至20噸左右,同時造價高昂,難以滿足平民化交通需求。

什麼時候進入太空可以像民航客機一樣便捷?早在70年前我國航天之父錢學森就率先提出火箭客機概念,它可以像飛機一樣在跑道滑跑起飛,到達一定空域高度後釋放入軌飛行器進入太空空間飛行,如此一來從美國到歐洲的跨大西洋航線就只需不到半小時。

後來的太空梭也是脫胎於此方案,然而現實卻是人類迄今為止尚沒有實現錢老的火箭客機夢想。

為圓夢火箭客機夢想我國航天人已經在路上,近日航天科技集團空氣動力技術研究院圓滿完成了兩級入軌空天飛行器風洞自由分離試驗,為兩級入軌空天飛機研製開闢了新通路。

錢老火箭客機方案用如今概念來看,就是兩級入軌空天飛機,這是一種融合航空與航天兩大空間飛行技術的全新飛行器,它與太空梭相比,最大不同之處在於不需要由火箭垂直發射升空,而是使用渦扇發動機提供動力水平起飛。

歷經70年時間人類也沒能造出空天飛機,為什麼如此艱難?傳統航空飛行器一般都在3萬米以下空域飛行,距離100公里卡門線還有足足7萬米高度差,這一空域大氣稀薄傳統航空發動機難以正常工作,氣動條件也發生了很大變化,科學家將該空域定義為「臨近空間」,空天飛機研製的最大難關就是如何穿越臨近空間

兩級入軌空天飛機在3萬米以下空域使用渦扇發動機飛行,3萬米以上空域啟動超燃衝壓發動機,接近100公里卡門分界線時使用火箭動力進入太空空間。

此次完成的兩級入軌空天飛行器風洞自由分離試驗,就是為了驗證高超音速條件下兩級飛行器分離的氣動設計可靠性。事實上這也並非空氣動力技術研究院第一次攻克空天飛機關鍵技術,早在去年該院就曾在新研製的FD-21高能脈衝風洞中完成了1萬公里每小時量級氫氧燃燒推進試驗。

空天飛機研製難度要比太空梭大得多,需要配置的科研生產單位相比傳統項目也要多得多,我國選擇的是兩大航天集團(航天科技與航天科工)聯合研製路線,目前已經公開的型號就是航天科工集團大名鼎鼎的騰雲空天飛機工程

從空氣動力技術研究院公開試驗畫面可知,一級飛行器氣動外形有了明顯變化,它採用雙三角翼高升力體、大升力面、雙傾斜垂尾布局。

相比以往公開造型最大不同之處在於主翼翼尖有大角度向下傾斜布置,此舉目的在於增強飛行方向穩定性,製造壓縮升力,縮減雙外傾垂尾面積,利於二級軌道飛行器在臨近空間高超音速條件下的分離操作,歷史上XB-70女武神轟炸機也有翼尖向下傾斜布局。

臨近空間飛行器實際上大家並不陌生,本月初剛剛亮相不久的DF-17乘波體導彈就是一款典型的臨近空間飛行器,其飛行全程70%以上的航路都在臨近空間,所以該彈戰鬥部採用了升力係數更高的乘波體布局,就像是一架小型無人飛機。

沒有壓力就沒有動力,壓力越大往往可以激發潛能。21世紀初期為了應對大型載機水面艦艇挑戰,我們攻堅克難集中了大量人力財力資源,相繼研製出DF-21D、DF-26、DF-17、星空-2號等助推-滑翔高超音速導彈,系列型號突破也極大程度助力了國產空天飛機研製工作,可算是意外之喜。

兩級入軌空天飛機研製難點多集中於一級飛行器,因為它需要攻克渦扇/超燃衝壓一體式發動機,要實現兩種發動機工作狀態的有序轉換,還需要攻克臨近空間氣動布局及相關分離技術,值得慶賀的是目前騰雲空天飛機工程已經實現騰飛一號動力模態轉換試飛。

二級入軌飛行器則相對容易,早在8年前我們就已經完成跨大氣層飛行器試飛工作。該級飛行器研製難點主要是材料,因為它需要連續兩次甚至多次穿越大氣層,會產生上千攝氏度的高溫燒蝕,通過觀察多款帶翼東風快遞戰鬥部可知,這對於我們來說早已不再是難題。

大力推進空天飛機研製工作也是航天之父錢學森的畢生追求之一,執行此次兩級入軌飛行器分離試驗的空氣動力技術研究院就是在錢老親自指揮下創立,他也曾多次建言年輕一代航天人一定要重視空天飛機研製工作。

空天飛機有著極為重大的軍民兩用價值,作為地球貨運工具,它可以憑藉23馬赫速度(時速2.8萬公里)成為1小時級環球到達的快速運輸平台,也可作為快速進入空間的高效飛行器,實現衛星載荷的高效便捷發射。服務國防任務時,它更是天基對抗的撒手鐧。

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