国内某型高超飞行器研究论文

【嵌牛导读】： 像鸟儿一样灵活自由的飞翔，一直是人类梦寐以求的理想。人类很早就认识到鸟儿可以根据飞行状态适时调整飞行姿态，以最佳效率完成滑翔、盘旋、攻击等动作。随着飞行器设计对于高机动性、高飞行效率和多任务适应能力等综合设计需求的不断提高，像鸟儿一样高效灵活的智能变形飞行器研究逐渐成为学术界和工程界的研究热点。 【嵌牛鼻子】： 智能  变形飞行器    高效灵活 【嵌牛提问】： 智能变形飞行器的研究进展如何？其关键性技术有什么新近突破？ 【嵌牛正文】： 北大西洋公约组织对智能变形飞行器做出过如下定义：通过局部或整体改变飞行器的外形形状，使飞行器能够实时适应多种任务需求，并在多种飞行环境保持效率和性能最优。由此可见，智能变形飞行器是一种具有飞行自适应能力的新概念飞行器，其研究涉及非定常气动力、时变结构力学、气动伺服弹性力学、智能材料与结构力学、非线性系统动力学、智能感知与控制科学等多个学科前沿和热点，代表了未来先进飞行器的一种发展方向。智能变形飞行器具有巨大的应用前景，以美国航空航天局设想的未来智能变形飞机为例，通过新型智能材料、作动器、传感器和控制系统的综合运用，飞机可以随着外界环境变化，柔顺、平滑、自主地不断改变外形，不仅保持整个飞行过程中的性能最优，更能提高舒适性并降低成本。 正是因为其巨大优势和应用潜能，国内外涌现出了多种多样的智能变形设计理念和尝试，比如自适应机翼、主动柔性机翼、主动气动弹性机翼、智能机翼、智能旋翼、变体飞行器等。本文按照翼面变形方式对来智能变形飞行器的最新进展进行了归类和总结，详细介绍了机翼智能变形的变展长、变弦长、变厚度、变后掠与变弯度等多种实现类型，提炼了智能变形机翼实现的几项关键技术，通过本文介绍可对智能变形飞行器的设计思路及关键技术有更加丰富的认识和了解。 变形机翼的分类与进展 机翼平面形状合理改变可改善飞行器的气动性能。下表列出了机翼参数变化对气动性能的影响，可以看出，通过合理改变机翼形状参数，可以改善飞行器的气动特性和操纵性能，带来增大升力、减小阻力、增大航程与航时等好处，可使飞行器能够高效地完成多种飞行任务。由于机翼形状参数带来的影响多样，机翼变形的设计方式也多种多样。本文针对研究最多的变展长、变弦长、变厚度、变后掠和变弯度等变形形式，分别展开介绍。 1.变展长 展长伸缩是最简单直接的机翼变形方式。展长变化有如下的优点：增大变形飞行器的机翼展长，相当于增大其翼面积和展弦比，可以带来升阻比提高，航程和航时增大的目的；机翼在停放时收缩，可显著减小飞行器的占用面积；当两侧机翼展长不同时，左右升力不对称造成的滚转力矩，可便于飞行器的横航向操纵。 早在1929年，美国设计师Vinent就首次提出了变展长机翼的设计思想，并成功制作试飞了GX-3验证机。1931年，俄国科学家Makhonine设计制作了MAK-10飞机，其展长可从13米增大到21米，改变量超过60%。1947年出现的MAK-123飞机和1972年出现的FS-29飞机均属于变展长飞机，但由于早期的变形机构均过于笨重和庞大而未能得到推广。 “伸缩翼”是近年来新提出的变展长设计理念。2003年美国国防预防研究计划局实施的变形飞机结构项目(MAS)中，伸缩翼就是三种主变形方案之一（其余为折叠机翼与滑动蒙皮机翼，后文详述），该设计以“战斧”巡航导弹为对象，巡航飞行时机翼展开获取最大升力、高速俯冲时翼面收缩提高机动性，但由于翼载荷太大、机翼太薄，伸缩机构无法安置，计划未能推广。西北工业大学的王江华等人对伸缩翼巡航导弹的气动外形进行了优化研究，研究表明，伸缩翼设计可使导弹燃料消耗减少12％，明显提升导弹性能。2007年，马里兰大学的Julie等人以充气伸缩粱当作驱动机构，通过机翼伸缩改变升力和控制滚转，并进行了风洞试验，经试验其展弦比可最大变化230%，升阻比最大可到16，但蒙皮偏软产生的寄生阻力使气动性能受一定影响。 总体看来，变展长机翼仍需解决伸缩机构的结构减重设计、适应高速飞行的机翼降厚度设计、弹性蒙皮的连续密封性设计等一系列问题，距离工程应用仍有一定距离。 2.变弦长 与变展长机翼的控制效果类似，变弦长机翼也是通过机翼变形引起展弦比和翼面积的合理变化，达到优化飞机升阻比、飞行速度和机动性的目的。 变弦长理念的最典型应用就是传统飞机的襟副翼设计，通过丝杆机构驱动襟副翼弦向变形可以显著改善飞机的起降性能及滚转机动性。对于飞机翼面本身，由于存在梁架、油箱等设备干扰或翼型较小、空间不足等问题，变弦长设计的难度很大，国内外相关研究也相对较少。早在1937年，俄国科学家Bakashaev就设计并制作了第一架变弦长飞机RK-1，飞机通过6个弦向可伸缩的相互叠加的机身实现弦长改变，其初代飞机翼面积变化为44%、改进型变化高达135%，验证了通过伸缩机构改变弦长的可行性。 近年来，以美国CRG公司为代表的科技公司，通过使用复合材料及智能材料重新开展变弦长机翼研究。2004年，CRG公司的Perkins等人将压缩比高达400%的形状记忆合金材料用于变弦长设计，实验表明材料经过加热可以达到预期变形量，但由于形状记忆合金不稳定，冷却后无法恢复至原始形态。2005年，CRG公司的Reed等人设计了一种翼肋相互穿插的变弦长机翼，在直流电机和导杆的驱动下，机翼面积可以增大将近80%，但是该设计同样存在机构复杂、表皮材料恢复力太低难以回到变形初始状态的问题。2011年，宾夕法尼亚州立大学的Barbarino等人将可压缩的蜂窝细胞结构应用在直升机叶片的弦向变形设计中，变形蜂窝结构可经受循环驱动、其弦向变形可增大30%左右，此外，值得一提的是设计者通过对柔性蒙皮预拉伸保证了机翼表面的连续光滑性。 在形状记忆合金和复合材料蜂窝结构等新材料新技术的推动下，近年来涌现出了较多的变弦长机翼概念，但面向工程应用，这些新材料的性能稳定性仍有待提升。 3.变厚度 变厚度设计是指在不引起机翼形状明显变化的前提下调整机翼的轮廓线，是一种微幅变形设计。机翼厚度改变可以改善翼型的高低速气动性能，具有避免或延迟附面层分离、控制转捩位置、控制激波从而降低波阻和抑制抖振等优点。 早在1992年，美国的Austin等人就设计了一种基于桁架结构的变厚度机翼，设计者在桁架上布置线位移驱动器，通过激励驱动器，可以调节桁架上各条支杆的长度，从而达到调整翼型厚度、优化气动效率的目的。近年来，加拿大国家研究中心进行了一系列变厚度机翼的理论研究及试验验证工作。2007年，该中心的Coutu等人设计了一种自适应变厚度机翼，机翼由刚体部分、柔性蒙皮和安装在机翼内部的驱动器构成，机翼蒙皮采用碳纤维复合材料制作，具有良好的柔性和足够的支撑刚度，在驱动器的激励下机翼厚度产生变化，并有效提高了机翼的层流效应。2008年，该中心的Andrei等人在机翼上表面厚度方向设计激励装置，通过对17种不同翼型外形进行数值仿真，均得到转捩位置向后延迟的结论，证明周期性驱动激励可应用于转捩控制中。2009年，在Andrei的研究基础上Grigorie设计了一个用于变形控制的自适应神经模糊控制器，控制器根据压力传感器采集的翼型表面压力，计算参考翼型与优化翼型之间的压力变化，首次实现了压力变化和转捩位置的直接关联。此外，2009年，英国布里斯托尔大学的Stephen等人采用压电材料作为驱动器，安装在机翼蒙皮上表面，通电后驱动器产生固定频率振动，从而改变蒙皮表面的边界层流动，风洞试验表明该驱动方法可使机翼阻力降低、升力提高。 变厚度机翼设计，通过对翼型进行微小改变，就可实现调节流场流动、改善气动性能等目的，伴随着压电陶瓷等新型智能材料的发展，必将在未来工程应用中产生更多的应用尝试和更大的经济价值。 4.变后掠 低速飞行时小后掠角有助于提升机翼的效率，高速飞行时大后掠角有助于降低波阻，不同飞行状态后掠角自主变化，成为兼顾高低速不同气动性能的最有效手段。正因为此，变后掠技术也成为最早成熟应用于型号的改变机翼形状技术。 自上世纪40年代至70年代，变后掠技术已成功应用于多种战斗机和轰炸机，如：米格-23、F-14、狂风、B-1B轰炸机等。但早期的变后掠技术因机构及操纵复杂、故障率高、维护困难，且限制了飞机载荷、外型、隐身等性能的提高，逐渐被双三角设计、鸭翼、大边条设计、翼身融合技术所取代。 进入21世纪，随着新材料新技术的发展与运用，变后掠飞行器性能也得到发展和提高。2004年，弗吉尼亚理工大学的Neal等人设计了一种可自适应变形的无人机模型，除了机翼展长能改变17%、机身尾部能压缩12%、机翼能够扭转20°以外，该无人机的后掠角能够从0°变化到40°，风洞实验验证了无人机模型在多种变形形式下的有效性。2006年，佛罗里达大学的Grant等人通过研究海鸥的飞行姿态，设计了一种多节点变后掠微小型飞行器，飞行器机翼的内外翼两部分具有独立的变后掠机构，仿真显示其具有很好的转向能力和抗侧风能力。2013年中国航天空气动力技术研究院的陈钱等人对飞机外翼段大尺度剪切式变后掠方式进行了设计与分析，并通过风洞试验验证变后掠机翼在蒙皮、结构、驱动、控制等方面满足气动特性研究需求，准定常气动特性曲线显示出变后掠机翼的较大气动效益。 最值得一提的是美国NextGen公司针对MAS项目设计的滑动蒙皮变后掠飞机MFX-1，与传统的机翼埋入机身的变后掠方式不同，该飞机的弦长增减可独立于后掠角而改变。2006年MFX-1首飞成功，在185~220km/h的速度下成功将翼展改变30%、翼面积改变40%、后掠角从15°改变到35°，且整个过程不超过15s，试验结果成功证实了飞行器在飞行过程中大面积改变机翼形状的可行性，在变形飞行器的工程应用上具有很强的指导意义。 5.变弯度 机翼产生升力的最基础要素是弯度，改变弯度可以有效地控制机翼表面的气流分离情况，可显著提高飞行器的飞行机动性能，尤其是对于通常处于低雷诺数飞行条件下、性能主要取决于层流边界层流动的低速飞行器。 国内外对变弯度机翼已经开展了许多研究，如1981年任务自适应机翼(MAW)项目中的机械铰链式变弯度机翼、1992年Powers等人在F-111战斗机上安装的机械式变弯曲机翼和2004年马里兰大学的Poonsong等人设计的机械式多关节变弯度机翼。由于机械结构复杂和质量笨重，大多数的变弯度机翼都没有得到推广。 近年来，智能材料和先进制造工艺的发展为变弯度机翼提供了良好的材料和技术基础。2003年，弗吉尼亚大学的Elzey等人设计了一种形状记忆合金驱动的链环式变弯度机翼，在机翼截面内产生很大的弯曲变形。2009年，德州农工大学的Peel等人自制了通过对中央翼盒内的气袋加压驱动机翼前后缘变形的机构，经测试在气袋所能承受的最大压力下，翼型头部最大变形14°、尾部最大变形13°、且变形后蒙皮仍能保持光滑连续。2011年，瑞士结构科技中心的Hasse等人提出了“带肋结构”的概念，并应用于变形机翼设计，设计者通过采用分布式柔性带肋结构代替了传统的铰链结构，具有几何变形大、承载能力高和重量轻等优点，地面试验表明，带肋结构设计可实现翼型从NACA0012到NACA2412之间自主变化。2015年，美国空军实验室的James等人设计了基于“顺从机构”的保形翼面，顺从机构可将智能材料的作动位移放大并传递给前后缘，使翼面操控需要的能量更低，去掉操纵面还使机翼的重量减轻、成本也更低，其试验模型展长为米，在气动载荷作用下弯度变化超过6%、最大升阻比变化约1倍左右。2015年，意大利的Alessandro等人设计了基于“非对称结构”的保形机翼，其设计思路与“顺从机构”相似，也是设计巧妙的传力机构，将作动位移放大传递至前后缘，该设计可有效避免变形产生的局部应力，设计者通过地面试验证明了非对称蜂窝结构自主变形的先进性，并分析了结构的典型失效形式及大变形引起的强非线性响应问题。2015年，英国斯旺西大学的Benjimin等人在生物学的启发下提出了“鱼骨主动弯曲变形”的概念，利用鱼骨结构减小翼型的弦向刚度，实现翼型变弯度控制，风洞试验表明，相同试验条件下，变形翼相对传统机翼的升阻比可提升20%~25%，该概念可应用于固定翼、直升机、风力机以及潮汐泵的叶片设计。2016年，瑞士复合材料及自适应结构实验室的Francesco等人设计了可代替副翼的“增强褶皱蒙皮”机翼，在电流作用下后缘的褶皱蒙皮可伸缩变形并推动尾部上下弯曲，风洞试验表明该设计可提供高频滚转控制力有效替代副翼功能，此外，由于机翼的形状连续该设计可显著减小零升阻力。 目前，国外对变弯度机翼的研究相当重视，伴随着智能材料的发展涌现出了多种多样的设计理念。基于变弯度的保形翼面设计，既可以通过翼面的弯度改变控制气流的分离、提高飞行器的气动性能，又可以通过对不同弦截面设置不同弯度实现翼面的翘曲、控制飞行器的滚转机动，可有效代替襟副翼等控制面，具有较高的应用价值和工程可实现性。 变形机翼的关键技术 根据以上介绍可知，虽然机翼变形的方式多种多样，但是所有变形机翼都离不开大尺度光滑连续的柔性蒙皮结构、轻质高效的变形驱动系统和快速灵敏的传感控制系统。因此，实现机翼变形的关键技术可以归为以下几类： 1.光滑连续的柔性蒙皮技术 变形机翼与常规机翼相比对蒙皮结构提出了新的要求，即蒙皮不仅要保持常规蒙皮重量轻、在面法向刚度大、可以承受并传递气动载荷的特点，同时还要具备足够的光滑连续性和大尺度变形特性。因此，将传统材料和新型材料相结合，在结构设计上进行创新，设计重量、变形能力和承载能力满足变形方案的柔性蒙皮结构，是未来智能变形飞行器设计的一项重要挑战。 2.轻质高效能的变形驱动控制技术 变形机翼的驱动及控制也是智能变形飞行器设计的关键技术之一。智能变形飞行器的驱动装置应具备重量轻、分布式、高效能、响应快、低能耗、易控制等特点。传统的电机和液压驱动方式过于笨重而复杂难以适应设计需求，基于智能材料的新型驱动装置应作为后续发展的重点，比如磁致伸缩驱动器、压电陶瓷驱动器和形状记忆材料驱动器等。 3.适应大变形的分布式传感网络技术 结构智能变形需要实时检测并感知周围环境与自身状态的变化，这就需要机翼上布满可感知各种信息的传感元件，并构成一个分布式的多传感网络系统。传感元件不仅要保证足够的精度和快速响应特性，还必须适应智能变形飞行器大位移大应变的运动特点，这对传感元件和传感网络提出了新的要求，也是未来面临的挑战之一。 智能变形飞行器设计是一项在民用和军用飞行器领域都有广泛应用前景的新技术，可推动新型智能材料、仿生设计、结构优化设计、先进传感技术、多信息融合技术等学科领域的发展，对未来新概念飞行器的预研和技术储备具有深远的意义。本文对智能变形技术的总结归纳，可以为智能变形飞行器领域的设计发展提供相应的参考。

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前言?上篇 高超声速飞行器技术?第1章 绪论?? 高超声速飞行器?? 国外高超声速飞行器总体方案研究?? 可重复使用航天运载器?? 高超声速飞机?? 高超声速巡航导弹?? 国外高超声速飞行器技术发展历程?? 国外高超声速飞行器技术发展简史?? 国外高超声速飞行器技术飞行试验发展动态?? 其他高超声速飞行器技术发展计划?? 本书主要内容??参考文献??第2章 高超声速飞行器关键技术分解研究?? 高超声速飞行器关键技术分解?? 技术层面与技术分类?? 基于技术分类的关键技术分解?? 发展战略研究中定量分析的必要性?? 高超声速飞行器技术关键度分析?? 高超声速飞行器技术成熟度分析?? 技术成熟度分析模型?? 技术成熟度在可重复使用航天运载器上的应用分析?? 高超声速飞行器技术发展路径??参考文献??第3章 超燃冲压发动机技术?? 引言?? 超声速燃烧概念及关键技术?? 超声速燃烧问题的提出及概念?? 超声速燃烧关键技术?? 超然冲压发动机部件技术?? 进气道?? 隔离段?? 燃烧室?? 尾喷管?? 超燃冲压发动机总性能评估指标?? 燃烧效率?? 内推力?? 净推力?? 推力增益?? 性能指标的选择?? 超燃冲压发动机的燃料技术?? 超燃冲压发动机地面试验技术?? 地面试验系统?? 直连式试验?? 自由射流试验?? 试验气流参数对发动机性能的影响??参考文献??第4章 高超声速飞行器组合推进系统技术?? 火箭基组合循环发动机推进系统?? RBCC基本概念及工作原理?? 支板引射RBCC结构与原理?? 引射火箭工作性能的影响因素?? RBCC发动机性能分析模型研究?? RBCC系统循环方案?? 涡轮基组合循环发动机推进系统?? TBCC系统方案?? TBCC涡轮发动机数学模型?? TBCC进排气系统?? TBCC推进系统与高超声速飞行器机身的一体化?? 其他类型的组合循环发动机?? 预冷却涡轮基组合循环发动机?? 深冷涡喷火箭组合循环发动机?? 液化空气组合循环发动机??参考文献??第5章 高超声速飞行器机身推进一体化设计技术?? 高超声速空气动力学?? 高超声速流动?? 高超声速气动力工程计算方法?? 高超声速流动的数值模拟技术?? 高超声速飞行器“乘波体”气动外形设计?? “乘波体”气动外形的概念与气动特性?? “乘波体”气动的生成?? “乘波体”飞行器设计?? 高超声速飞行器机身与推进一体化设计?? 高超声速飞行器机身推进一体化算力体系?? 高超声速飞行器前体进气道一体化设计?? 高超声速飞行器后体喷管一体化设计?? 高超声速飞行器气动推进一体化数值计算?? 高超声速飞行器一体化几何外形的参数化建模方法?? 高超声速飞行器一体化气动特性分析?? 一体化气动特性计算建模?? 发动机工作状态对一体化气动特性的影响?? 发动机工作状态对飞行器稳定性和配平特性的影响?? 后体喷管设计对一体化气动特性的影响?? 超燃冲压发动机与“乘波体”气动外形的一体化?? 主要问题?? 考虑进气道入口条件的“乘波体”气动外形设计?? “乘波体”气动外形尾喷管的设计?? “圆截面”推进系统与高超声速飞行器机身的一体化?? 推进系统“圆?二维?圆”的演化?? “圆截面”推进系统与高超声速飞行器机身的一体化??参考文献??第6章 高超声速飞行器热防护技术?? 高超声速飞行器热环境与热走廊?? 高超声速飞行器热环境?? 高超声速飞行器热走廊?? 高超声速气动热环境工程预测方法?? 高超声速气动?热?弹性力学基础研究问题?? 高温反应气体的热化学反应机制?? 高超声速边界层转捩?? 高超声速流动的激波/激波相互作用?? 高超声速热环境下的气动弹性?? 航天热防护技术与典型热防护系统方案?? 航天热防护技术?? 典型航天/空天飞机热防护系统方案?? 可重复使用航天运载器金属热防护系统?? 可重复使用航天运载器对热防护系统的要求?? 金属热防护系统?? 金属热防护系统的隔热材料?? 金属热防护系统热分析方法?? 热防护系统健康监测技术?? 吸气式高超声速飞行器热防护系统与结构部件?? 热结构的技术难点?? 前缘?? 控制面板??参考文献??第7章 高超声速飞行器导航制导与控制技术?? 高超声速飞行器导航系统技术?? 导航系统的作用与意义?? 组合导航技术?? 导引头等任务设备在导航系统中的应用?? 高超声速飞行器动力学建模技术?? 轴对称飞行器动力学建模?? 高超声速飞行器机身推进一体化动力学建模?? 基于参数化外形的高超声速飞行器控制建模?? 高超声速飞行器气动推进/气动耦合问题?? 高超声速飞行器操控与姿态测量技术?? 操控技术?? 嵌入式大气数据传感系统?? 高超声速飞行器制导与控制技术?? 主要问题?? 飞行控制方法?? 可重复使用航天运载器的飞行控制技术?? 可重复使用航天运载器飞控系统特点?? 可重复使用的飞控系统设计要求?? 可重复使用的飞控系统关键技术??参考文献??第8章 高超声速飞行器风洞试验技术?? 高超声速飞行器风洞试验的任务与要求?? 高超声速飞行器风洞试验的任务?? 高超声速飞行器风洞试验的要求?? 高超声速风洞设备种类?? 风洞设备概况?? 高超声速风洞设备种类?? 高超声速风洞试验形式?? 全模测力试验?? 压力分布测量试验?? 喷流干扰试验?? 高超声速进气道试验?? 铰链力矩试验?? 级间分离及多体分离试验?? 国外高超声速试验风洞情况?? 国外高超声速风洞概况?? 美国LENS系列激波风洞?? 俄罗斯ITAM高超声速风洞AT?303?? 法国S4高超声速风洞?? 日本JAXA高超声速风洞??参考文献??下篇 各国高超声速飞行器技术发展?第9章 美国高超声速飞行器技术研究??9?1 超燃冲压发动机的兴起（20世纪50年代）??9?2 超燃冲压发动机初期的研究（20世纪60年代）??9?3 SCRAM导弹计划（1961~1977）??9?4 高超声速研究发动机计划（1964~1974）??9?5 国家空天飞机计划（1986~1995）??9?5?1 NASP计划的提出??9?5?2 NASP X?30试验飞行器的概念设计??9?5?3 NASP计划中的关键技术研究??9?5?4 NASP计划的调整??9?5?5 NASP计划的结束??9?6 高超声速技术计划（1995~2003）??9?6?1 HyTech计划概览??9?6?2 技术的挑战??9?6?3 主要研究成果??9?7 ARRMD计划（1998~2001）??9?7?1 战场对快速响应导弹的需求??9?7?2 设计要求与概念方案??9?7?3 技术的挑战??9?7?4 ARRMD计划的后续发展??9?8 Hyper?X计划与X?43A飞行试验??9?8?1 Hyper?X计划概览??9?8?2 X?43A试验飞行器总体设计??9?8?3 X?43A设计与制造上的挑战??9?8?4 X?43A飞行试验??9?9 NASA先进空天运输高超声速计划??9?9?1 ASTP计划??9?9?2 技术途径??9?9?3 系统分析项目??9?9?4 推进技术项目??9?9?5 机身技术项目??9?9?6 飞行演示项目??9?10 HyFly计划??9?10?1 飞行器的概念/结构??9?10?2 飞行试验过程和试验目标??9?10?3 面临的技术挑战??9?11 X?51A飞行试验计划（2005~ ）??9?11?1 战略背景??9?11?2 计划由来??9?11?3 研究团队??9?11?4 计划路径??9?11?5 试验飞行器系统组成??9?11?6 发动机研制与试验??9?11?7 飞行试验计划安排??9?11?8 飞行试验的开展情况??9?12 Falcon计划??9?12?1 计划背景??9?12?2 涡轮基组合循环推进系统??9?12?3 TBCC相关技术的发展??9?12?4 HTV?2飞行试验??参考文献??第10章 俄罗斯高超声速飞行器技术研究??10?1 “冷”计划??10?1?1 轴对称亚/超燃冲压发动机试验模型??10?1?2 试飞器??10?1?3 飞行试验??10?2 “鹰”计划??10?2?1 “鹰”试验飞行器??10?2?2 超燃冲压发动机试验模型??10?2?3 “鹰”试验运载器??10?2?4 “鹰”试验??10?3 彩虹?D2计划??10?3?1 彩虹?D2试飞器??10?3?2 实验型超燃冲压发动机模型??10?3?3 飞行试验??10?4 “鹰?31”计划??10?4?1 试飞器??10?4?2 亚/超燃冲压发动机试验模型??10?4?3 飞行试验??10?5 高超声速飞机“图2000”的研究??参考文献??第11章 法国高超声速飞行器技术研究??11?1 PREPHA计划(1992~1998)??11?1?1 PREPHA计划简介??11?1?2 试验装置的建立??11?1?3 CFD数值计算研究??11?1?4 超燃冲压发动机部件研究??11?1?5 材料与冷却结构研究??11?1?6 高超声速飞行器总体系统研究??11?2 JAPHAR计划(1997~2002)??11?2?1 JAPHAR计划简介??11?2?2 JAPHAR计划的研究途径??11?2?3 双模态超燃冲压发动机研究??11?2?4 超声速燃烧基础研究??11?3 PROMETHEE计划(1999~2002)??11?3?1 PROMETHEE计划简介??11?3?2 PROMETHEE计划的主要目标??11?3?3 PROMETHEE计划的技术途径??11?4 LEA飞行试验计划(2003~ )??11?4?1 LEA飞行试验计划的背景??11?4?2 LEA飞行试验计划的试验原理??11?4?3 LEA飞行器研发状况??参考文献??第12章 德国高超声速飞行器技术研究??12?1 S?nger计划（1988~1995）??12?2 FESTIP TSTO方案研究(1994~1998)??12?3 SHEFEXⅠ飞行试验（2005）??12?4 SHEFEXⅡ飞行试验（2008）??12?4?1 研制背景??12?4?2 试飞器介绍??12?4?3 分系统介绍??12?4?4 气动力学问题??参考文献??第13章 日本高超声速飞行器技术研究??13?1 日本的超燃冲压发动机研究??13?2 空天飞机方案研究??13?3 HOPE飞行试验研究计划??13?3?1 OREX轨道再入试验??13?3?2 HFLEX高超声速飞行试验??13?3?3 ALFLEX自动着陆试验??13?3?4 HSFD高速飞行演示试验??13?4 高超声速试验设备与研究机构??13?4?1 冲压发动机自由射流试车台??13?4?2 自由活塞式激波风洞??13?4?3 相关研究机构??参考文献??第14章 澳大利亚高超声速飞行器技术研究??14?1 HyShot计划??14?2 HyCAUSE飞行试验??14?3 HIFiRE飞行试验计划??参考文献??第15章 其他国家高超声速飞行器技术研究??15?1 英国高超声速飞行器技术研究概况??15?1?1 HOTOL计划??15?1?2 SHyFE飞行试验计划??15?1?3 SKYLON可重复使用运载器??15?1?4 高超声速客机??15?2 意大利高超声速飞行器技术研究概况??15?3 印度高超声速飞行器技术研究概况??15?3?1 HSTDV飞行器结构与组成??15?3?2 印度高超声速试验设备??参考文献??第16章 总结与展望??16?1 高超声速飞行器技术的研究总结??16?2 高超声速飞行器技术的发展趋势

我的航天技术论文在过去半年中，接连发生了两起重大航天灾难。尽管人们备感痛惜，但这些挫折并不能阻挡人类进军宇宙的步伐。 既然航天活动风险如此之大，为什么人类依然不放弃进军宇宙的梦想呢？从长期看，地球的资源是有限的，人类总有一天必须走出自己的摇篮；从中短期看，航天活动可带来巨大回报，是一个国家综合国力的体现。进军宇宙是人类现在和未来的一项伟大事业。于是，载人航天成为现代航天科技发展的重中之重……中国载人航天技术的发展及其意义和前景俗话说，天高任鸟飞，海阔凭鱼跃。人类在漫长的社会进步中不断扩展自身的生存空间。现在，人类的活动范围已经历了从陆地到海洋，从海洋到大气层空间，再从大气层空间到太空的逐步发展过程。人类活动范围的每一次扩展都是一次伟大的飞跃。中国载人航天技术的发展历程很久以前，人类就有飞出地球、探知太空奥秘和开发宇宙资源的愿望，我国古代的不少神话故事便是突出的反映。最典型的是流传很广的嫦娥奔月，它描写一个叫嫦娥的美女，偷吃了丈夫后羿从西王母那里求得的长生不老的仙药后，身体变轻飘到月亮上去了。历史上第一个试验乘火箭上天的人是15世纪中国官员万户。1945年，美国学者基姆在他的《火箭与喷气发动机》一书中是这样描写的：万户先做了两个大风筝，并排装在一把椅子的两边。然后，他在椅子下面捆绑了47支当时能买到的最大火箭。准备完毕后，万户坐在椅子当中，然后命其仆人点燃火箭。但是，随着一声巨响，他消失在火焰和烟雾中，人类首次火箭飞行尝试没有成功。20世纪80年代，改革开放带来了航天技术的春天。1986年，中共中央、国务院批准了《高技术研究发展计划("863"计划)纲要》，把航天技术列为我国高技术研究发展的重点之一。"863"高技术航天领域的专家们对我国航天技术未来的发展进行了深入细致的论证，描绘了我国航天技术发展前景的蓝图，一致认为载人航天是我国继人造卫星工程之后合乎逻辑的下一步发展目标。1992年1月，党中央批准研制载人飞船工程。自此，我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日，我国成功发射了自行研制的第一艘飞船神舟1号，成为世界上第三个发射宇宙飞船的国家。此后，又分别把神舟2、3和4号送上九重天。在1992年开始研制载人飞船之前，我国"863"高技术航天领域的专家们曾为研制哪种运输器这个问题进行了几年的研究，即对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较和分析，甚至还激烈地争论过。2003年10月15日圆了万户的梦，因为在这一天中国人民期待已久的第一艘载人飞船神舟5号顺利升空并安全返回，实现了中华千年飞天的理想。它也打破了美国和苏联.俄罗斯在这一领域的多年垄断格局，成为世界第3个独立自主研制并发射载人航天器的国家，这对世界载人航天事业的发展和振兴中华会起到巨大的推动作用。载人航天的重大意义历史上，远洋航海技术的兴起，导致了世界贸易的发展、世界市场的开辟和近代科学的一系列成就，开始了一个"全球文明"的时代。当代载人航天技术的问世，则使人类走出地球这一摇篮而到达太空，开始了一个"空间文明"的新时代。载人航天是航天技术向更高阶段的发展。不过，由于载人航天技术与无人航天技术有很大差别，主要反映在安全性、复杂性和成本高三个方面，所以从1961年第一名航天员上天到现在，它还没有表现出特别明显的用途。但从可以预见的未来来看，人类现在面临的资源枯竭、人口急增等急待解决的几大问题，只有通过开放地球、扩大人类生存空间来解决。即使在当代，发展载人航天也可以起到以下作用：首先，它能体现一个国家综合国力和提升国际威望。因为航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学和技术实力的综合反映。载人航天是航天技术向更高阶段的发展，载人航天的突破--用本国的载人航天器将航天员送入太空并安全返回，更是一个国家综合国力强大的标志。发展载人航天需要依靠先进的技术水平、发达的工业基础和雄厚的经济实力。迄今为止，只有俄罗斯和美国实现了载人航天。其他拥有一定航天技术基础或较强经济实力的国家，虽欲染指载人航天，但因力不从心，所以只能求助于与他们合作，出钱出资，用俄、美的载人航天器将本国航天员送上太空，以图逐步加入世界"载人航天俱乐部"。邓小平同志曾经说过：没有两弹一星就没有中国的大国地位。所以，我国航天员进入太空，也能像上世纪六七十年代我国拥有"两弹一星"那样，引起全世界注视，提高我国的国际地位，振奋民族精神，增强全民的凝聚力。其次，它能体现现代科技多个领域的成就，同时又给现代科技各个领域提出新的发展需求，从而可以大大促进整个科技的发展，并将为培养和造就航天科技人才作贡献。例如，就载人航天器本身的研制和运行而言，它对通信、遥感、推进、测量、材料、计算机、系统工程、自动控制、环境控制和生命保障等技术提出了很高的要求，因而大大推动了这些技术的进步。再有，载人航天的发展能促进太空资源的开发，为地球上的人类造福。载人航天器所处的高远位置和微重力等特殊环境，可为科研提供一个理想的实验场所，它在推动生命科学与生物技术、微重力科学与应用等许多方面正发挥着重要作用，并有望在一些前沿学科上取得突破性进展，为人类带来巨大的效益。一些国家已经在太空制药、太空育种和太空材料加工等领域取得显著成果，并准备建造太空工厂，其效率和效益不可限量。另外，地球能容纳的人口是有限的，大约80亿～110亿，因此有些人已经开始研究向外空移民的方案；地球上的能源也日益紧张，那么是否可以到别的星球开发矿藏呢？这是科学家所关心的一个问题，而且不是天方夜潭，因为类似载人登月等许多过去可望不可及的神话和幻想，如今有不少都变成了现实。最后，载人航天具有巨大的军事潜力。使用载人航天器可以很好地完成侦察和监视任务；灵活部署、修理和组装大型军用卫星；安全而连续地指挥和控制地面军事力量；还能作为特殊武器的试验场。例如，早在1965年12月，美国双子星座7号飞船上的航天员就曾用红外遥感器监视和跟踪了1枚潜射导弹的发射，所获信息比潜艇上的观察人员报告的还要快。第1次、2次海湾战期间，和平号空间站与"国际空间站"上的航天员对战区进行了大量观测活动，取得了许多有用的信息。中国载人航天的未来前景中国载人航天将实施"三步走"的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上，已将首位航天员送入太空，实现了载人航天的历史性突破。然而这只是第一步。第二步除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外，重点包括出舱活动、空间交会对接试验和发射长期自主飞行、短期有人照料的空间实验室，以尽早建成完整配套的空间工程大系统，解决一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。航空航天技术 为航空航天活动的顺利进行而创立的一系列高级复杂的施工作业程序。它涉及人力资源配置，设备仪器搭配与安装使用等艰深的学术作业。是国家，民族，乃至整个人类发展的高度追求。航空航天电子技术 航空航天电子技术(electronics for aeronautics and astronautics)[编辑本段]概述应用于航空工程和航天工程的电子与电磁波理论和技术。在现代航空和航天工程中电子系统是重要的系统之一。[编辑本段]组成它按功能分为通信、导航、雷达、目标识别、遥测、遥控、遥感、火控、制导、电子对抗等系统。各种系统一般包括飞行器上的电子系统和相应的地面电子系统两部分，这两部分通过电磁波传输信号合成为一个系统。和这些电子系统有关的电子理论和技术有通信理论、电磁场理论、电波传播、天线、检测理论和技术、编码理论和技术、信号处理技术等，而微电子技术和电子计算机技术则是提高各种电子系统性能的基础。它们的发展使飞行器上的电子系统进一步小型化和具有实时处理更大量数据的能力，进而使飞机的性能（机动能力、火控能力、全天候飞行、自动着陆等）大为提高，航天器的功能(科学探测、资源勘测、通信广播、侦察预警等)日益扩大。[编辑本段]特点一、航空航天飞行器上电子设备的特点是：①要求体积小、重量轻和功耗小;②能在恶劣的环境条件下工作;③高效率、高可靠和长寿命。在高性能飞机和航天器上，这些要求尤为严格。飞机和航天器的舱室容积、载重和电源受到严格限制。卫星上设备重量每增加1公斤，运载火箭的发射重量就要增加几百公斤或更多。导弹和航天器要承受严重的冲击过载、强振动和粒子辐射等。一些航天器的工作时间很长，如静止轨道通信卫星的长达7～10年，而深空探测器的工作时间更长。因此，航空航天用的电子元器件要经过极严格的质量控制和筛选，而电子系统的设计需要充分运用可靠性理论和冗余技术。二、航空航天电子技术的主要发展方向是：①充分利用电子计算机和大规模集成电路，提高航空航天电子系统的综合化、自动化和智能化水平；②提高实时信号处理和数据处理的能力和数据传输的速率；③发展高速率和超高速率的大规模集成电路；④发展更高频率波段（毫米波、红外、光频）的电子技术；⑤发展可靠性更高和寿命更长的各种电子元器件。航空航天基本知识我们知道，人类的家园是地球，而地球的外面覆盖着一层大气，如果没有水和大气以及适宜的温度和环境，生物是很难生存的。通常，在人们的眼中，“天”很高，要想冲出厚厚的大气层，进入太空非常非常困难。其实，与地球相比，大气层是很稀薄的。人们知道，地球的直径大约为12700千米，而大气层的厚度只有100 -800千米。如果将地球比作一个苹果的话，那么，我们可以把大气层看成是苹果的皮，可这层“苹果皮”本身却是变化多端的。比如最贴近地球表面的一层，叫作对流层，其高度从海平面起一直到大约11000米止，其顶界是随纬度、季节等情况而变化的，在赤道地区为17000米，在中纬度地区（如北京、天津地区）为11000米，在地球两极地区则为7000-8000米。对流层的主要特点是，空气温度随着高度的增加而降低，因而又称为变温层，平均而言高度每上升1000米，气温约下降℃。与此同时，气压也随高度的增加而降低。由于地球引力的作用，在 5500米的高度范围内，包含了大气总量的一半，而整个对流层，大约占了全部大气质量的四分之三。由于几乎所有的水蒸气都集中在这一层大气内，再加上大量的微粒，因而，这里也是风云变幻最为剧烈的一层。从大约11000米的高度起，直到30500米左右，其大气温度基本不变，平均保持在℃上下，因此被称为同温层（实际情况是：在25000米以下，气温随高度的升高而上升。在同温层顶，气温约升至-43至-33℃）。同温层的气温之所以具有这样的特点，是因为该层大气离地球表面较远，受地面温度的影响较小，并且其顶部存在着臭氧，能够直接吸收太阳的辐射热等。同温层所包含的空气质量大约占整个大气的四分之一弱。在这一层大气内，没有上下对流，只有水平方向的风，所以又叫作平流层。另外，该层大气几乎不存在水蒸气，基本上没有云、雾、雨、雹等气象变化的现象，这对飞行器的平稳飞行是非常有利的。不过，由于空气密度很小，飞机在这一高度层上又不适宜机动飞行。人类的航空活动差不多都集中在对流层和同温层内。为了保证飞机和发动机的工作效率，飞机飞行的高度一般不超过30千米的界限。从30千米到80-100千米的高度范围，被称为中间层。这一层空气的特点是：以 45千米为界，温度先升后降。由于大量的臭氧存在，其气温先由同温层顶的-33℃提高到17至40℃左右；从45千米起，随着高度的升高，气温又开始下降，一直降低到℃至-113℃。中间层的空气已经很稀薄了，其空气质量约只占整个大气层的1/3000。在80千米高度上，空气的密度只有地面的五万分之一；而在100千米高度上，空气的密度仅为地面的一千万分之八。由于空气非常稀薄，并且气体开始呈现电离现象，因此，人们一般把飞行高度达到80—100千米的飞行器，看成是不依靠大气飞行的航天器。1967年10月，美国试飞员约瑟夫·沃尔克驾驶X-15A火箭飞机飞出了 7297千米/小时的惊人速度，创造了有人驾驶飞机速度的世界纪录。而且，他还曾多次飞到了80千米以上的高空，成为美国第一个“驾驶飞机的宇航员”。按照美国航空航天局规定：飞行高度超过80千米的飞行员即可称为宇航员.在中间层之上直至800千米高空的范围，称作电离层。其特点是：含有大量的带正电或负电的离子，空气具有导电性。并且，其温度随高度的增大而迅速升高，在200千米高度时，气温可达400℃。所以，这里又被人们叫作“暖层”。在电离层顶端之外，便是大气的最外层——“散逸层”了。由于地球引力的减弱，气体分子和等离子体与地球已若即若离。电离层和散逸层的空气密度极低，对太空飞行器的影响已很小，因此，人类大部分的航天活动都是在它们之内（或之外）进行的。航空与航天的区别:航空与航天是人们经常接触的两个技术名词，两者虽然仅一字之差，却被称为两大技术门类，这是为什么呢？您稍加注意即可发现，航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机，航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器，最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。从航空器与航天器的重大区别上即可看出两个技术领域的显著差异。第一，飞行环境不同。所有航空器都是在稠密大气层中飞行的，其工作高度有限。现代飞机最大飞行高度也就是距离地面30多千米。即使以后飞机上升高度提高，它也离不开稠密大气层。而航天器冲出稠密大气层后，要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行，其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。对在运行中的航天器来讲，还要研究太空飞行环境。第二，动力装置不同。航空器都应用吸气发动机提供推力，吸收空气中的氧气作氧化剂，本身只携带燃烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力，既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作，而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使用，而发射航天器的运载火箭都是一次性使用。虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次，其轨道器液体火箭发动机可以重复使用50次，但与航空器使用的吸气发动机比较起来，使用次数仍然是很少的。吸气发动机所用的燃烧剂仅为航空汽油和航空煤油，而火箭发动机所用的推进剂却是多种多样的，既有液体的，也有固体的，还有固液型的。第三，飞行速度不同。现代飞机最快速度也就是音速的三倍多，且是军用飞机。至于目前正在使用的客机，都是以亚音速飞行的。而航天器为了不致坠地，都是以非常高的速度在太空运行的。如在距地面600千米高的圆形轨道上运行的航天器，其速度是音速的22倍。所有航天器正常运行时都处于失重状态，若长期载人会使人产生失重生理效应，并影响健康。正因如此，航天员与飞机驾驶员比较起来，其选拔和训练要严格得多。一般人买票即可坐飞机，而花重金到太空遨游的人还必须通过专门培训。第四，工作时限不同。无论是军用还是民用飞机，最大航程计约2万千米，最长飞行时间不超过一昼夜。其活动范围和工作时间都很有限，主要用于军事和交通运输。虽然通用轻型飞机应用广泛，但每次活动范围相对更小。而航天器在轨道上可持续工作非常长时间，如目前仍在使用的联盟TM号载人飞船，可与空间站对接后在太空运行数月之久。再如航天飞机，能在轨道上飞行7-30天，约小时即可围绕地球飞行一周。载人航天器运行时间最长的当属和平号空间站，它在太空飞行了整整15个年头。至于无人航天器，如各种应用卫星，一般都在绕地轨道上工作多年。有的深空探测器，如先驱者10号，已在太空飞行了32年，正在飞出太阳系向银河系遨游。航空器的优点是能多次重复使用，而航天器除航天飞机外，只能一次性使用，载人宇宙飞船也不例外。第五，升降方式不同。飞机的升空是从起飞线开始滑跑到离开地面，加速爬升到安全高度为止的运动过程。它返回地面降落时只要经过下滑和着陆即可。只有个别飞机如英国的“鹞”型战斗机采用发动机喷口转向的方式使飞机能够垂直起落，但机身并未竖起，仍处于水平位置。而至今为止的航天器发射，包括地面和海上的发射，顶部装着航天器的运载火箭都是垂直腾空的。在完成发射过程中，运载火箭要按程序掉头转向和逐级脱离，最终将航天器送入预定轨道运行。有的航天器发射，中间还要经过多次变轨，情况更为复杂。航天飞机虽然也能施放航天器，但它本身亦是垂直发射升空的。至于返回式航天器，其回归地面必须经历离轨、过渡、再入和着陆四个阶段，远比飞机降落困难。航空器的起飞、飞行和降落与航天器的发射、运行和返回，虽然都离不开地面中心的指挥，但两者的地面设施和保障系统及其工作性能与内容也是大有区别的。世界航空航天大事件:风筝起源古代中国，约14世纪传到欧洲公元前500－400年中国人就开始制作木鸟并试验原始飞行器1909年世界第一架轻型飞机在法国诞生1903年12月14日至17日,由莱特兄弟设计制造的“飞行者”1号飞机，在人类航空史上首次实现了自主操纵飞行.这次试飞成功成为一个划时代的事件，人类航空史从此进入新的纪元1947年10月14日美国著名试飞员查尔斯·耶格尔驾驶X—1飞机实现了突破音障飞行1969年7月20日22时56分20秒，阿姆斯特迈出一小步成为全体地球人类的一大步1957年10月4日前苏联发射世界第一颗人造地球卫星。半年后，美国的人造卫星上天1959年9月12日前苏联发射“月球”2号探测器，为世界上第一个撞击月球表面的航天器1961年4月12日前苏联宇航员加加林成为世界第一位飞入太空的人1969年7月20日美国宇航员阿姆斯特朗乘坐“阿波罗”11号飞船，成为人类踏上月球的第一人1970年12月15日前苏联“金星”7号探测器首次在金星上着陆1971年4月9日前苏联“礼炮”1号空间站成为人类进入太空的第一个空间站。两年后，美国将“天空实验室”空间站送入太空1971年12月2日前苏联“火星”3号探测器在火星表面着陆。5年后，美国的“海盗”火星探测器登陆火星1981年4月12日世界第一架航天飞机---美国“哥伦比亚”号航天飞机发射成功1986年1月28日美国航天飞机“挑战者”号在升空73秒后爆炸1986年2月20日前苏联发射“和平”号空间站，服役已经超期8年，至今仍在运行，是目前最成功的人类空间站1993年11月1日美、俄签署协议，决定在“和平”号空间站的基础上，建造一座国际空间站，命名为阿尔法国际空间站我国航空航天大事件:1956年10月8日，我国第一个火箭导弹研究机构———国防部第五研究院成立。1970年4月24日，长征一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了东方红一号卫星，我国成为世界上第三个独立研制和发射卫星的国家。1975年11月26日，长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了我国第一颗返回式科学试验卫星，并于3天后成功回收。1984年4月8日，长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了我国第一颗地球同步轨道卫星———东方红二号试验通信卫星。1990年4月7日，中国用自行研制的长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了亚洲一号通信卫星，这是中国长征系列运载火箭首次发射国外卫星，使我国在世界航天商业发射服务领域占有了一席之地。1999年10月，我国和巴西联合研制的第一颗地球资源卫星顺利升空，并正常运行，这是我国首次在空间技术领域进行的全面国际合作。2003年10月15日，“神舟”五号飞船成功发射，并于2003年10月16日圆满回收，使我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。2003年12月和2004年7月，我国与欧洲空间局联合研制并发射了“探测一号”和“探测二号”科学卫星，“地球空间双星探测计划”取得圆满成功。2004年1月23日，我国绕月探测工程正式由国务院批准立项。2005年10月12日,神六成功发射.