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第三届创新杯飞行器设计大赛获奖作品--“飞天”核磁电空天飞机

2017-11-30 21:33| 发布者: dymodel| 查看: 250| 评论: 0|原作者: 红乌鸦

摘要: 第三届创新杯飞行器设计大赛获奖作品--“飞天”核磁电空天飞机“飞天”核磁电空天飞机飞天”核磁电空天飞机飞天”核磁电空天飞机  外型构想:20-30米外行尺寸并选用流体作为整体外型。此外型可使飞机大部分外壳处 ...

第三届创新杯飞行器设计大赛获奖作品--“飞天”核磁电空天飞机

“飞天”核磁电空天飞机


飞天”核磁电空天飞机

飞天”核磁电空天飞机

  外型构想:20-30米外行尺寸并选用流体作为整体外型。此外型可使飞机大部分外壳处于无力矩状态,提高材料的疲劳寿命;充分利用外型的流线型,降低飞行和转向过程中的附加阻力;充分利用圆形面积最大的优势布置飞机内外设施和方便对目标的追踪锁定;升阻比可最大限度得到提高;为飞机涂隐形材料降低敌方准备和打击时间,上表面用晶片铺成,吸收宇宙能量。

  最大载荷量:10000千克

  作战半径:8000-12000千米

  本作品关键能研制一种高性能喷气发动机,燃料可把固体火箭的发动机可长期年的储存,起飞时间短。“贯通飞翼”加上全动式翼梢小翼气动布局。所说的,“贯通飞翼” 是机翼中间贯通一个柱状体,截去了一部分前,后缘的普通飞翼这种飞翼的外侧前缘可做为进气口,后缘作为排气口。这种模式的应用可使战机具有极强的机动性和敏捷性及最佳的过失速机动能力。

  设计要求: 效费比高、可靠性高、 推动力强大,军用推力要可能达到25000千克及加力推力不应低于35000千克。 结构性能稳定, 可飞至15000-25000千米的平流层及超高空层,机身和机翼连成一体不仅可增大飞机上部表面面积还可在太空中更好的吸收太阳能为自身补给能量。

  新概念特点

  “飞天”号是一种技术先进可靠,具有强大的运载能力和扩展能力的先进空天飞机,具有世界一流水平,它代表了中国航空航天事业的腾飞!

  当今世界的主题是和平与发展,并且战争都限制在局部战争,以及战略导弹的迅速发展,任何轰炸机都已不再风行,但是作为一个崛起的大国,中国要确保有一个长期稳定的发展环境,以及实现国家统一,必须拥有世界性的威慑力,而太空轰炸机就是核威慑之外最强的常规威慑力。因此,“飞天”定位在战略轰炸机上,以实现全球精确打击威慑。为了减少自己伤亡以及摆脱追踪,当今世界先进轰炸机已经不再一味追求载弹量,而是更加注重隐身性以及高速性。因此,飞天的技术设计目标是隐性以及超音速。

  “飞天”外形源于简单的三角形和圆形的组合,保留了飞行器的基本要素——机身和机翼。特别之处在于圆滑的机身和三角形的机翼融合一体。其机翼不仅可以在大气中能提供上升力,而且其内部的宽敞空间可以用于人员和货物及燃料的储存。流线的外形能使飞行器在大气层中减小空气阻力,尾部及机翼后方的喷射器能使飞行器在太空中有足够的加速度。通过操纵面结合差动推力进行俯仰,滚转和偏航控制,而不是通过移动或摆动整个发动机来改变方向,这样可以极大地减轻结构重量。若将来技术发展允许的话可在机头设置低能耗的等离子体发射装置,可大大的降低飞行的阻力。

  (一)隐身设计: 现代战争要求作战飞机不仅要有强大精确的火力还要求要有先进的隐身功能,这从美国的刚装备的F-22“猛禽”战斗机与联合攻击机可见一斑。

  因此,发展具有强大雷达系统的“克星”飞机成为必要,我认为其中有两条途径:一是发展预警机,但一般无作战功能,并且由于带有笨重的盘形雷达,影响其空气动力性,无法实现机动飞行,一旦被敌机靠近后果不堪设想。二是在战斗机上安装先进雷达系统,但是增加了总体重量,影响气动布局,势必会影响其飞行性能,所以为了尽量减少其副作用,将雷达系统安置在什么地方成为首要考虑的问题。隐身的一个重要问题是气动布局。类似B2,“飞天”采用了翼身融合,无垂尾、平尾的布局,并且将进气道口以及发动机融入机身,极大的减小了雷达反射面。但是这种布局最大的问题就是纵向稳定性以及控制。因此,飞天采用了可翻折机翼,以及机头机动翼。在直飞时,机翼可以向上折叠微小角度,形成上反角,以保持纵向稳定性;在转弯时(以左转为例),左侧机翼折叠较大角度,这时副翼就相当于方向舵,并且由于左翼折叠,左侧升力减小,机身左倾,升力恰好产生向左的分量,这样,可以很自然地实现转弯。

  另外,为了适应偶然的大迎角飞行,以及改善超音速后襟翼气动效率下降和焦点前移的问题,在机头设置了机头机动翼。相比于鸭翼,机动翼最大的特点就是位于机头,很容易改变流过机身的气流特征,并且有利于隐身。大迎角时,机动翼下偏,可以将前缘驻点前移,减缓气流分离,提高大迎角效率。超音速后,可以通过调节机动翼来补偿低头力矩;并且由于机动翼位于机头,产生力矩较大,可以取代气动效率下降的襟翼。为了适应超音速,甚至高超音速,机身形状设计成流线及三角的整和,整个机身扁而长。但机头机动翼没有设计成尖头,而是扁形,一来为了保证气动效率,二来为了在大迎角时从两侧开始卷起大涡,起到大边条的作用,提高机翼的升力。

  (二) 动力来源:涡轮发动机、火箭发动机已经不是最为新颖、先进的动力系统。未来大型远程交通必然要求其单位质量的燃料能输出大量的能量,传统的化学能将造成费用昂贵,体积庞大等不利影响,显然不能满足需要。“飞天”号的核心动力为类似恒星释放能量原理的原子级轻核聚变。“飞天”号携带的主要燃料为地球海洋及宇宙中富含的氘和氚。动力装置(基于磁约束原理的托卡马克装置和基于惯性约束聚爆理论的激光引爆装置)安装在机身里,是聚变的场所,包括完善的安全设施和控制系统保证聚变安全可控的进行。聚变产生的巨大能量将聚变产物氦转变为等离子态,由能量分配装置分配到机尾和机翼后的喷射器高速喷出。根据动量守恒原理,航天器将获得高速以克服星体的引力和缩短旅程时间。当然,由于其产物具有放射性不能用于低球大气层中使用核动力,这就要求“飞天”号为混合动力,其中包括在地球大气中升降使用的传统化学能动力;而旅客日常的能量需要完全可由机翼上的高效太阳能电池板来提供。本方案还采用火箭助推技术,助推器均采用偏二甲肼(C2H8N2)作为燃料,氧化剂采用四氧化二氮(N2O4),让此飞行器在速度方面远远超过已往的飞行器。这个设计使用贯通式空气捕捉和武器设备都放在一个背翼的可做为进气口,而把下面的作为武器装置,这不仅可以改过去销去过多的能量的喷发出现的热度提高给飞机的隐身效果打折扣(未来的雷达不仅可有电子反射还最重要的是有热度辐射的检测)。火箭发动机采用先进的直排式气动塞式喷管(目前已在美国X-33项目中应用)具有自动高度补偿功能,在任何高度下(包括真空)都有较高的性能,气动塞式发动机的塞子在大气层打开,运载器通过大气层的上升段时,它自动进行调节。因为这种发动机没有复杂的大型喷管,故可减少发动机重量。直排式气动塞式发动机技术的采用,使得“飞天”号的主发动机推重比高达90。发动机的燃料均为液氘。

  猜想在今后可用地磁场作为牵引力,那么飞机磁极所对应的磁场就象风筝的线头带动飞机飞行,改变磁场大小和方向控制飞机飞行的轨迹和速度。利用悬浮磁原理作为飞机停放、升降的基础。飞出地球吸引可以以太阳为引力源而逐级飞跃更高的空间,那么它能在太空中翱翔已不无可能。

  (三)航电和武器:航电的来源为飞机表面上的晶体吸收的宇宙能量;利用激光作为主要作战武器,飞机上下部各方向均布置有激光发射口。

  武器装备:可对空中的任何战斗机进行空空导弹进行弹道攻击,一次性可携带10000千克的导弹可对

  全球的各个角落进行武装打击,空对地导弹社射击,中子弹,黑子武器的在上面广泛的应用,粒子炮可

  接受高空中的太阳黑子。用“磁暴”来充当最先进的武器。

  (四)智能控制:利用一台大型计算机处理各种信息,发出各种指令。

  (五) 表面设计:在材料方面,机体外壳采用高强度铝合金制成半硬壳结构,发动机的推进剂壳体用钛合金、玻璃纤维,壳体内部衬以橡胶类隔热材料,喷管喉部用钨作为难熔骨架,再渗入铜、银等金属材料,作为自发汗冷却剂。“智能”复合材料表面:借助于植入蒙皮内的微型传感器、微处理器、光纤、压电材料等传感器网“感觉”各部位声、温、压、电、磁等的变化,然后通过机载计算机控制系统处理这些数据,并传送发出对所有参数和作动器指令来调整采用了先进智能柔性复合材料制造的结构和蒙皮。

  <1>使风扇叶片在不同条件下处于相应的最佳几何外形状态。在任意方向上不断改变叶片上下表面的曲率,使之根据飞机的速度、流场的变化,自动改变翼型、叶片的后掠角、平面形状、弯度、扭转角、弧度、翘曲角等;

  <2>飞机蒙皮涂抹多层能吸收多种电磁波的涂覆型涂料。雷达吸波涂料涂在底层,反红外涂料涂在中间,目视伪装色漆覆盖在外面;

  <3>在涂层上覆盖不同放射性物质,使飞机表面附近的局部空间发生电离,从而达到既在外表面形成类似真空的状态以减小阻力系数,又吸收衰减入射包括米波、厘米波、毫米波以及红外、激光在内的多波段电磁波的等离子层;它还能随着环境改变颜色,使肉眼不易分辨。

  (六) 防热材料:受热温度最高的部位采用比陶瓷材料轻得多的金属基碳-碳防热材料,运载器上表面的热防护层使用两种材料,1-300度以下温度的区域使用钛1 300度~1 800度的区域使用“因科”(inco)167。飞行器相对温度低一些的某些地方,使用目前普遍采用的隔热材料进行热防护。所有蒙皮下均埋设了温差发电装置可利用高低温差进行发电,既降低了机体表面温度又节约了大量能源。

  总体来说,本设计放弃了现在飞机的大部分基础,它是一个吸收了已知的气动平台理论和放弃了现代动力来源的飞机。

  (七)外形、结构新颖

  ①圆滑外形加上电离造成的外表面局部真空使得阻力系数在任意方向都一样小,且不产生冲击波,也就不存在空气摩擦和热障,即:无音爆高超音速飞行!这些既使噪音和振动变小,达到噪音隐身效果,同时降低油耗;

  ②结构利用具备抗坠毁、抗弹击能力的低磁性材料实现磁隐身。且在飞行状态下因战斗等原因受创后,结构内的微传感器将损伤的部位、形状、应力等变化情况传给微处理器和机载中央计算机。计算机一面指挥传感器和微处理器重构系统网络,使机载各系统正常工作,一面控制飞机的飞行状态,以防发生超载”、“失控”现象,从而增强生存能力。

  (八)多维空间使用

  不仅摆脱夜间和不良天气的束缚,可以24小时全天候使用,且不受地域空间限制:无论在空中、地面,还是水面、水下,均可自由驰骋。利用水和空气在力学方面具有类似的性质,该机也具备水下“飞行”的能力。这样无论江河湖海也都成为了飞机的使用环境,进而进一步增大了飞机的多维隐蔽性!

  届时,“飞天”多维探索飞机将全面取代固定翼飞机、直升机、地效飞行器、潜水艇,轰炸机,航天飞机,进行诸如横渡台湾海峡、深海观光等用途,以更加崭新的姿态和更为独特的陆、海、空优势成为未来的运载平台!

  随着科技的发展以及战略的要求,未来我国的空天机必然是全新设计的、新概念的,有能力与美国最先进的战机抗衡。愿我国的全天候机早日飞上长空,傲视全球。


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