单级入轨飞行器

介绍了为降低运载成本而提出的SSTO的各种优点及初期研制情况和目前的两阶段研制计划.指出关键在于制造出廉价/坚固的可重复使用的运载工具系列,以便以最低的运行成本来获得最高的可靠性.介绍了SSTO的设计情况,涉及材料选用、推进技术和结构,特别提出了应该利用飞机制造方面的经验和技术来减少成本的设想.     

单级入轨火箭推进

随着材料工艺的最新进展,高速气动力分析能力的提高使单级入轨运载火箭(SSTO)成为可行。本文将要讨论 SSTO 推进方案,这包括发动机结构的限制及不同循环系统的优缺点。文中讨论了 SSTO 推进系统的要求、确定了满足这些要求的推进结构。为便于系统在相当技术水平下比较,本文介绍了火箭干质与比冲、海平面推质比及推进剂容积密度敏感性的相互权衡。文中还讨论了三组元推进剂性能优点,推进技术对火箭质量的影响。     

单级入轨三组元发动机循环方案研究

最近,NASA 的空间运输研究计划评审了未来地球轨道运输要求和2030年之后运载工具的替换问题。三种可选择方案的基础是单级入轨(SSTO)飞行器。这项研究评审了 SSTO 采用新型先进的三组元发动机和氢/氧(H_2/O_2)发动机;确定了发动机的构型和研究方法;为研究发动机的性能还确定了发动机循环方式。目前已完成的工作有:确定各种循环方式的发动机质量,评审了各种循环方式涡轮泵装置的方案,以便进行材料的选择。最后给出了发动机的质量及涡轮的工作温度。     

待发式运载工具推进方式的评价

未来的地球—轨道运载工具应能在作出决定后的几小时、甚至几分钟内发射.这种运载工具的研究工作已经开始.在第一阶段的研究中,设计出了11种能将2.27t载荷送入极轨道的运载工具,并验证了设计参数的变化(增加轨道机动飞行动作、增加载荷重量等).根据第一阶段研究结果,第二阶段的设计工作选择了两种方案,即垂直起飞的两级系统和水平起飞的两级系统.给出了几种推进方式的评估结果,包括起飞时的推重比效果、水平起飞的双燃料推进方案和使用氟的效果等.     

未来单级入轨运载器高能火箭的研究

美国正在研究几种能在给定运载工具重量时大大提高运载能力的新的推进方式,从而大幅度减少空间运输成本.问题是能否使以下两种可能成为现实:1)燃烧原子或分子处于受激态的物质;2)利用质量相同、电荷相反的反物质使物质湮灭.如果能将其中任何一个过程所释放的大部分能量转化为火箭排气的有用功能,那末,发动机比冲将提高1—5倍,从而可使航天器的重量减轻3/4—11/12.由于受激物质燃料能产生极大比冲,因此只需用重量比现有民用航空喷气发动机还轻的单级入轨(SSTO)运载器就能将很重的载荷送入地球轨道.     

吸气式高超声速飞行器机体推进控制一体化建模方法研究

针对吸气式高超声速飞行器气动力、气动热、结构、推进、飞行轨迹以及姿态之间的多物理场强耦合给飞行控制系统设计带来的问题,提出一种适用于此类飞行器机体/推进/控制一体化设计的建模方法.首先,依据类乘波体高超声速飞行器基本外形参数体系设计飞行器的三维外形;然后在飞行器流场分析的基础上,给出飞行控制系统需要满足的姿态约束条件,并采用一套完整的工程预测方法建立了适合进行飞行控制一体化设计的气动力/推力耦合模型;最后基于拉格朗日方程推导了一体化弹性体动力学模型.模型算例验证了该方法在吸气式高超声速飞行器机体/推进/控制一体化设计中的可行性.     

近期商用单级入轨飞行器的可行性

讨论了单级入轨火箭推进飞行器,尤其是使用航天飞机外置贮箱和六个航天飞机主发动机的一次性使用飞行器的可靠性和发射费用。减小发动机质量将是方案改进的主要方面。如果低成本、小质量的主发动机研制成功,那么一次性使用 SSTO(单级入轨)飞行器将拥有商用发射前景,而且有利于可重复使用 SSTO 飞行器的研制。     

双燃料地球入轨运载工具的火箭喷管膨胀比分析

可完全重复使用的地球入轨运载工具终将扩大现有运载工具如航天飞机的运载能力,甚至取而代之.我们已对两种运载工具进行了讨论.一种是单级运载工具,另一种是两级平行燃烧运载工具,它们在起飞时都同时采用烃和氢发动机,到达轨道前,烃发动机熄火,由氢发动机推进来爬升到轨道.在以前的研究中,航天飞机主发动机(SSME)是采用氢发动机和双位喷管,喷管膨胀比为40和150.     

China Eyes RLV Development

China will seek to develop reusable launch vehicles (RLV) and the utmostgoal is a single-stage-to-orbit(SSTO) space transportation system, according to CASC President Zhang Qingwei. To this end, China will conduct advanced researches on critical technologies concerning SSTO concepts.Zhang revealed this in an article on China Space News. RLV researches are to be made to support the country's future efforts for deep space exploration, manned interplanetary flight and space station construction, he said.     

吸气式高超声速飞行器输入受限自适应反演控制

针对输入受限和气动与推进参数存在不确定时的吸气式高超声速飞行器飞行控制问题,建立了线性参数化形式的纵向运动模型,通过引入控制量与可执行输入之间的差值滤波环节,修正跟踪误差的定义,设计了使闭环系统稳定的反演鲁棒控制器,给出了气动与推进参数向量的有界自适应估计律。轨迹跟踪仿真结果表明,提出的自适应控制方法能够保证阵风干扰情况下飞行器控制的稳定性。     

法国研究未来的运载系统

减少乘员和载荷的LEO(低地球轨道)运载成本,是研制继“阿里安”5后的下一代空间运输系统的主要目标.如果整修费不太昂贵,那末最理想的方案是研制可回收运载工具.可回收系统由于需将额外的重量带进轨道用于再入,故其不确定性比一次性使用运载工具大.有效载荷只占总重的很小一部分,将增加不确定性.据此,CNES(法国全国空间研究中心)已开始调整对运载工具及其推进的基本研究.法国宇航公司对水平和垂直起飞、单级和两级结构,以及各种推进方式的各种可重复运载工具方案作了比较研究.AMD-BA对其他系统的研究旨在通过一项保守的计划,用已有的证明有效的数据建立数据库,通过参量研究评定各方案对技术的敏感性.SNECMA(法国国营飞机发动机研究制造公司)、SEP(欧洲动力装备公司)和ONERA(法国全国航空空间研究局)研究了各种组合发动机,以选出一种更理想的航天飞机推进系统.     

基于环境工质的超低轨吸气式螺旋波电推进器仿真分析

为考察超低轨道高度环境下吸气式螺旋波电推进的可行性,基于180 km超低轨道高度环境工质,开展吸气式螺旋波电推进器的仿真模拟。进行以原子氧为工质,综合考虑碰撞、激发、电离等过程,通过13.56 MHz射频加热,由磁喷口完成推力输出全流程的仿真模拟。建立特定形态吸气式螺旋波电推进结构模型,结合不同功率的输入,分析功率沉积、等离子体参数分布和推力输出。结果表明,输入功率从200 W增加至2000 W的过程中,推力从6.00 mN增加至13.23 mN,能够满足0.226 mN的阻力补偿要求,可为超低轨吸气式电推进航天器设计提供参考。     

新一代运载器发动机

为执行克林顿总统94年8月5号的航天运输政策,NASA 决定研制新一代可重复使用运载器(RLV),主要努力放在单级入轨(SSTO)结构。航天局目前的计划是验证能满足 SSTO 工作性能要求所需要的关键技术。这些技术包括先进的长寿命、低维护防热系统;可重复使用低温贮箱(如铝—锂复合材料和石墨复合材料贮籍);复合材科主结构和贮箱间结构;自动的或独立的检验、发射、飞行控制、制导、导航与健康监测以及先进的推进装置。RLV 的推进装置要求比冲高,可操作性和坚固性好以及高的推重比。NASA 的 RLV 计划将鉴定数种发动机型号,不仅有全低温的(氢—氧)。而且有双燃料的(由烃—氢—氧过渡到氢—氧。)不过,要研制所提出的任何一种全尺寸发动机结构并验证其是否能满足 SSTO 工作的性能、质量、可操作性和坚固性准则,在资源和手段上都是很不够的。     

吸气式超声速导弹爬升段多约束轨迹优化

针对吸气式超声速导弹飞行过程多约束及强耦合的特性,研究了超声速导弹爬升段的轨迹优化设计问题。考虑吸气式推进系统与气动力、飞行轨迹的耦合,对超声速导弹冲压发动机的性能进行分析,揭示了吸气式发动机推力、静压裕度以及余气系数随飞行状态的变化规律;在考虑过载、动压、终端弹道参数及发动机参数等约束的条件下,建立多约束条件下的轨迹优化模型,提出一种适用于此类飞行器飞行轨迹与推力规律的优化设计方法,并对最小油耗的爬升弹道进行优化设计分析。仿真结果表明,该方法能有效解决吸气式超声速导弹多约束轨迹优化问题,可为吸气式超声速导弹的弹道规划与制导律设计提供参考。     

水平起飞单级与双级入轨空天飞机比较

未来的空间活动将需要使用比现有的运载工具更经济和更可靠的空间运输系统。装有吸气式发动机、水平起飞的空天飞机能够完成多种飞行任务,是欧美正在积极研制的一种系统。本文根据飞行任务对技术的要求及目前的技术基础情况对单级入轨和双级入轨两种空间运输系统进行了较全面的对比。     

滑翔式远程导弹滑翔段弹道研究

滑翔式远程导弹的滑翔弹道选择对其航程影响极为显著。论文主要研究滑翔段轨迹特性 及最大滑翔航程弹道的参数近似计算方法。提出了最大升阻比条件下的平衡滑翔弹道是航程 较优的弹道的观点,并对这一观点进行了证明;进而给出了最大升阻比平衡滑翔条件下的主 要参数间的解析关系式。仿真计算表明给出的滑翔段参数解析关系式精度较高,能用于最大 航程弹道的参数近似计算。     

吸气式高超声速飞行器助推-巡航轨迹优化

针对吸气式高超声速巡航飞行器建立了纵向平面内的二维轨迹优化模型(包括火箭助推段和吸气式飞行段),其中大气模型、气动力模型和发动机模型均建立了比较详细的模型,能够比较全面、准确地描述吸气式高超声速巡航飞行器的特征;基于配点法建立了适用于高超声速巡航飞行器助推-巡航轨迹优化的方法,在求解非线性规划时引入了规范化处理、稀疏分析和偏导数计算方法等,以提高优化效率;对吸气式高超声速飞行器助推-巡航轨迹进行了优化研究,分析了典型设计参数变化对最优轨迹的影响。仿真结果表明:所建立的方法能够快速、高精度求解吸气式高超声速巡航飞行器轨迹优化问题,并且能够方便地分析设计参数变化对最优轨迹的影响,可用于吸气式高超声速飞行器飞行剖面设计与优化。     

双燃速固体火箭发动机内弹道计算方法

本文从工程应用的角度给出了双燃速发动机内弹道近似计算方法.推导了双燃速发动机的平衡压强关系式.分别描述了串装式和套装式双燃速发动机中的再生燃面及特殊燃面,并给出了这些燃面的近似求解方法和发动机的内弹道计算.     

霍托尔空天飞机

为与美国航天飞机争夺世界卫星发射市场,欧洲急于研制自己的下一代空间运载工具.“霍托尔”水平起降单级入轨空天飞机便是吸引人的方案之一.“霍托尔”的新颖之处是采用组合式发动机—RB545吸气式氢氧发动机.这种发动机兼有空气喷气发动机和火箭发动机两者的优点.“霍托尔”在结构和气动布局设计、材料选择和防热措施方面也有许多独到之处.最后介绍“霍托尔”的飞行方案和飞行程序.     

SDIO的单级入轨航天器计划

在美国空军、海军和NASA大张旗鼓地继续设计国家空天飞机(NASP)的同时,美国战略防御计划局(SDIO)目前也在不动声色地研究其单级入轨航天器(SSTO)方案。 尽管在技术和财政上,NASP和SDIO的SSTO计划是属于不同的范畴,但最终目标却十分相似。比如,两项计划都是要建造可重复使用的、能把人员和货物送入低地轨道的航天器。 由美空军、海军和NASA联合研究的NASP,预计1991财年的预算为2.58亿美元。通