超高声速飞行器

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1、超高声速飞行器一、研究背景X—33研究背景高超音速，指物体的速度超过5倍音速（约合每小时移动6000公里）以上。高超音速飞行器主要包括3类：高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机。它们采用的超音速冲压发动机被认为是继螺旋桨和喷气推进之后的“第三次动力革命”。飞行器是航空航天技术的核心，是现代科学技术高度综合的产物，高超声速飞行器是航空航天领域的重要研究发展方向。高超声速飞行器技术的研究过程是促进科学技术总体水平发展进步的过程，对于国家安全利益而言，发展性能优越的高超声速武器愈加必要，各航天军事大国已竞相把高超声速技术作为重点发展的国家战略目标。在

2、本文的研究中我们主要基于X-33进行进一步研究，X-33由洛克希德.马丁公司著名的“臭鼬工程队”研制，它是无人驾驶单级入轨可重复使用航天运载飞行器“冒险星”的1/2比例的原型机，机长20.29米，机高，翼展5.88米22.06米。X-33具备把11.35吨有效载荷送上国际空间站的能力，基于其内部具有较大空间可以进行进一步配置的能力，我们将基于它进行进一步改造，进一步扩展其处理小型卫星的能力。NASA研发的X-33飞行器国外的x-33研究现状：X-33的研究背景基于美国于20世纪末想要争霸太空的想法。1996年6月，NASA举行了一次声势浩大的太空项目

3、招标会。组织者介绍说，在经过了“挑战者”号爆炸等悲剧事件之后，美国的航天飞机经受住了考验，随后进行的一系列飞行和太空实验都取得了圆满成功。然而，由于航天飞机设计的局限性，NASA决定开发下一代太空飞机。太空飞机是NASA的一个长远设想，说得冠冕堂皇一点，它是将来人类太空旅游的主要载具，但说白了，它是美国争霸太空不可或缺的利器。然而，太空飞机的设计比航天飞机要复杂得多，因此，在正式决定上马之前，NASA决定首先进行无人太空飞机的研制，如试验成功，NASA将上马代号为“冒险明星”的既可以载人又可以载货的超级太空飞机。美国宇航局希望它能比老一代航天飞机节省

4、90%的发射费用。如果研制成功，X-33将是美国第一代真正意义上的空天飞机。像第一代航天飞机一样，X-33的发射和降落将分别采取垂直发射和水平降落的形式，但它支持单级火箭运输，仅依靠自身发动机和内置燃料，无需任何外挂燃料的辅助燃烧动力就能进入轨道，不但能节省大量人力物力，同时还能缩短两次任务之间的准备时间。为了达到这一目标，设计者们开发了一种新型的气塞式火箭推动器，以使飞行器以18倍音速的速度飞行，同时，为减轻重量，X-33将采用新式的质量较轻的复合材料制造。但是，一些专家认为这些技术在当时并未成熟，将导致X-33的失败。X-33的起飞重量将是131

5、吨，干重为33吨。已将干重降低了约2404～2586公斤。火箭各组件由一石墨环氧桁架连到一起。头锥和前缘部分由碳/碳防热段覆盖，上表面使用柔性可复用表面隔热材料（FRSI）和先进柔性可复用表面隔热材料（AFRSI）石英隔热毡，下表面由带防热层的因康镍(Inconel)和钛蜂窝板防护。X-33的翼展为23.5米，长21米。X-33所使用的由洛克达因公司制造的较小的气动塞式喷管发动机将在斯坦尼斯航天中心进行鉴定。火箭将在出厂两个月后进行首次飞行。这一首飞时间比原定的3月份晚了4个月，是由氢贮箱返工造成的。试飞共将进行15次。试飞时火箭均将从加州爱德华兹空

6、军基地的海斯塔克比犹特起飞，但着陆地点有两处，一是犹他州的迈克尔陆军机场（723公里），二是蒙大拿州的马姆斯特罗姆空军基地（1500公里）。X-33将为冒险星验证几项关键性的技术，即采用气动塞式喷管发动机的升力体式构型，适于飞行使用的轻型复合材料结构（如氢贮箱），防热技术和高效率的操作技术等。试验的目标之一是要连续3次实现7天内再次飞行，并要有一次在两天内再次飞行。冒险星总起飞重量估计值为1180吨，高于原来998吨的估计。其中的10%为干重（主结构5%，发动机1.7%，分系统1.3%，有效载荷2%）。洛马公司1996年7月赢得X-33合同时，对冒险

7、星低地轨道有效载荷能力的估计是26762公斤（59千磅），而目前看来只能朝着22680公斤（50千磅）努力了。NASA原计划于1999年7月4日制造出样机，1999年7月26日进行马赫数为7的第一次飞行。但由于技术难度太大，X-33技术验证机的研制任务未能如期完成。2001年，在经过5年的研究，耗资12.6亿美元后，NASA和空军相继宣布取消X-33技术验证机的研制计划，但“冒险星”计划并没有被停止。洛马公司当时准备成立一家公司，称为“冒险星有限责任公司”，负责筹集制造和经营“冒险星”实用运载器所需的50亿美元资金。美国空军虽未直接参与X-33项目，

8、但却一直对这种技术十分关注，美国宇航局取消X-33项目后，美国空军太空司令部曾表示空军想要评估形势并有可能接