導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇高超聲速，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

從突破音障到挑戰(zhàn)熱障

第二次世界大戰(zhàn)末期，以活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)，其性能已經(jīng)達(dá)到了極限。當(dāng)飛行速度接近聲速的時(shí)候，螺旋槳槳葉尖端的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)超過(guò)聲速，使螺旋槳的性能迅速下降;機(jī)翼和機(jī)身表面的氣流也變得非常紊亂，令飛機(jī)難以操控。此時(shí)，飛行員們發(fā)現(xiàn)，他們的飛機(jī)仿佛撞在了一堵無(wú)形的墻上，這就是音障現(xiàn)象，如果處置不當(dāng)，很可能導(dǎo)致墜毀事故。很顯然，想要突破音障，實(shí)現(xiàn)超聲速飛行，只能由動(dòng)力更為強(qiáng)大，而且機(jī)體經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)的噴氣式飛機(jī)來(lái)完成。

戰(zhàn)后，突破音障成為航空研究的熱點(diǎn)課題。1947年10月14日，美國(guó)試飛員查克?耶格爾駕駛著以火箭為動(dòng)力的X-1型飛機(jī)，完成了人類第一次超聲速飛行。此后，人們很快發(fā)現(xiàn)音障只有一道，也就是說(shuō)，飛機(jī)只要突破音障，便擁有一段相當(dāng)大的提速空間。只有在飛行速度超過(guò)2.5倍聲速的時(shí)候，飛機(jī)才會(huì)面臨另一重威脅，即機(jī)體與空氣摩擦，將會(huì)產(chǎn)生足以威脅機(jī)體強(qiáng)度的高溫，這種新的挑戰(zhàn)被稱為熱障。

想要克服熱障，傳統(tǒng)的航空鋁合金材料已經(jīng)無(wú)能為力，只有借助鈦合金、不銹鋼和特制的高溫鋁合金等材料。美國(guó)研制的SR-71戰(zhàn)略偵察機(jī)和XB-70女武神轟炸機(jī)，飛行速度都達(dá)到了聲速的3倍。蘇聯(lián)為截?fù)鬤B-70研制的米格-25狐蝠戰(zhàn)斗機(jī)，也擁有這樣的高速。它們是為數(shù)不多的克服熱障的成功者。

但這些為軍備競(jìng)賽研制的飛機(jī)，都是不計(jì)成本的產(chǎn)物，而且為克服熱障，在其他性能上做出了或多或少的讓步，因而有著各自的缺陷。例如，SR-71需要大量的地面準(zhǔn)備工作才能起飛，而且其機(jī)體結(jié)構(gòu)需要為高速飛行時(shí)的熱脹預(yù)留空間，所以在地面上和低速飛行時(shí)會(huì)不可避免地漏油，以至于每一次任務(wù)都只能帶半箱油起飛，還必須有專用的空中加油機(jī)隨時(shí)待命補(bǔ)給燃油。米格-25受制于蘇聯(lián)在鈦合金領(lǐng)域的短板，機(jī)體主要由不銹鋼制造，不僅犧牲了操控的靈活性，而且只能維持很短的高速時(shí)間。XB-70原本是為高速突破蘇聯(lián)的防空網(wǎng)所設(shè)計(jì)，因此不計(jì)成本地使用了大量鈦合金材料;但迅速進(jìn)步的洲際導(dǎo)彈技術(shù)，提供了更高的速度和打擊精度，這使得XB-70憑借的戰(zhàn)術(shù)不再有意義，XB-70和為它護(hù)航的F-108輕劍戰(zhàn)斗機(jī)也胎死腹中。

目前，世界上各個(gè)軍事強(qiáng)國(guó)最先進(jìn)的那一批主力戰(zhàn)斗機(jī)，比如美國(guó)的F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)，最高速度都在聲速的2.5倍以下。但憑借超聲速巡航能力，它們能夠以更快的速度長(zhǎng)途奔襲作戰(zhàn)。至于研制既能夠以聲速的3倍甚至更高速度巡航，又能投入空戰(zhàn)的戰(zhàn)斗機(jī)，不再是人們追求的目標(biāo)。這是因?yàn)?，同時(shí)具備輕質(zhì)、堅(jiān)固和耐高溫，經(jīng)濟(jì)上也可以接受的材料尚未出現(xiàn)，燃油效率更高的發(fā)動(dòng)機(jī)也有待研發(fā);而且，想要讓這樣的飛機(jī)充分發(fā)揮實(shí)力，還需要空中加油機(jī)或者其他等效的裝備隨叫隨到。

因此可以說(shuō)，在美國(guó)科幻電影《絕密飛行》里，幾架新銳戰(zhàn)機(jī)以4倍聲速做長(zhǎng)途奔襲，到達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)后隨即展開(kāi)攻擊的情節(jié)，短時(shí)間內(nèi)還難以成為現(xiàn)實(shí)。即使是在電影虛構(gòu)的近未來(lái)世界中，這樣的戰(zhàn)術(shù)也是在美國(guó)部署了大量巨型飛艇“加油站”的條件下，方才能偶爾為之。

高超聲速為航天“奠基”

如果在科幻電影中未來(lái)戰(zhàn)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提速，我們就進(jìn)入了高超聲速的領(lǐng)域，也就是以聲速的5倍或者更高的速度飛行。以人類目前的動(dòng)力和材料技術(shù)，這樣的速度只有在空氣極為稀薄的高空，或者外層空間，才有達(dá)到的可能。

20世紀(jì)50年代末和60年代初，美國(guó)為載人航天方面的研究，設(shè)計(jì)了X-15試驗(yàn)飛機(jī)。時(shí)至今日，它仍然是飛行速度最快的有人駕駛飛機(jī)。這種獨(dú)特的飛機(jī)使用以液氨和液氧驅(qū)動(dòng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以挑戰(zhàn)高空高速飛行。但獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力模式，決定了它的發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間極為短暫。因此，它只能被一架B-52同溫層堡壘轟炸機(jī)搭載升空，“發(fā)射”之后飛上一小段時(shí)間再滑翔降落。在一些航次的飛行中，X-15達(dá)到了聲速的6.72倍，并突破距離地面100千米的卡門線進(jìn)入了太空;那些駕機(jī)突破卡門線的飛行員，后來(lái)被歸入宇航員之列。

篇2

關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器；特點(diǎn)；未來(lái)作戰(zhàn)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.213

對(duì)于高超聲速飛行器來(lái)說(shuō)，屬于一種新概念的空中作戰(zhàn)平臺(tái)，其能夠如同飛機(jī)一般從傳統(tǒng)跑道上起飛與著陸，通過(guò)高速聲速在大氣層外飛行，并且能夠在很短的時(shí)間內(nèi)向全球任務(wù)時(shí)間敏感目標(biāo)發(fā)出攻擊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)摧毀。從高超聲速飛行器的研制及試驗(yàn)方面來(lái)講，美軍優(yōu)勢(shì)顯著[1]。為了深入了解高超聲速飛行器在未來(lái)的應(yīng)用價(jià)值，本文對(duì)“高超聲速飛行器的特點(diǎn)及其對(duì)未來(lái)作戰(zhàn)的影響”進(jìn)行分析與研究意義重大。

1 高超聲速飛行器的特點(diǎn)分析

由于高超聲速飛行器在空中作戰(zhàn)中的優(yōu)勢(shì)明顯，因此美軍加大了對(duì)高超聲速飛行器的研究。從高超聲速飛行器的特點(diǎn)角度來(lái)講，其具備的主要特點(diǎn)包括：

1.1 具備很快的飛行速度

對(duì)于高超聲速飛行器，所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為超聲速?zèng)_壓式噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其飛行速度能夠達(dá)至8―10馬赫數(shù)。與此同時(shí)，在飛行器機(jī)身上，所使用的合金材料具備耐高溫特點(diǎn)，同時(shí)使用隔熱保護(hù)策略，當(dāng)飛行器局部溫度達(dá)至2000℃的條件下，依舊不會(huì)對(duì)高速飛行產(chǎn)生影響。

1.2 具備廣泛的攻擊范圍

以美軍和洛馬公司合作研發(fā)的超高速速巡航飛行器為例，其航程達(dá)到16669千米，能夠在美國(guó)本土起飛與降落，并于1小時(shí)到2小時(shí)內(nèi)對(duì)全球范圍的任何性質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行攻擊。從中可知，高超聲速飛行器的攻擊范圍非常廣泛[2]。

1.3 有效荷載高及打擊目標(biāo)能力強(qiáng)

一方面，高超聲速飛行器的有效荷載比較高，上述提到的由美軍和洛馬公司合作研發(fā)的試驗(yàn)型機(jī)的載重達(dá)到5448千克，能夠攜帶12枚454千克的彈頭超聲速飛行，其自身重要只有999千克。另一方面，高超聲速飛行器具備很強(qiáng)的打擊目標(biāo)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)深層堅(jiān)固目標(biāo)、移動(dòng)變位目標(biāo)以及時(shí)間敏感性目標(biāo)的打擊，打擊目標(biāo)的綜合能力強(qiáng)，因此高超聲飛行器的應(yīng)用價(jià)值功效顯著。

2 高超聲速飛行器對(duì)未來(lái)作戰(zhàn)的影響探究

在上述分析過(guò)程中，認(rèn)識(shí)到高超聲速飛行器的特點(diǎn)突出，從中也可能看出其具備廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及顯著的價(jià)值功效。從應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，高超聲速飛行器對(duì)未來(lái)作戰(zhàn)的影響表現(xiàn)在多個(gè)方面：

2.1 使戰(zhàn)場(chǎng)空間擴(kuò)大

X-43A高超聲速飛行器的速度大概為馬赫10，可以在極短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)地球的任何一個(gè)地點(diǎn)，快速地對(duì)上千米或上萬(wàn)米的軍事目標(biāo)進(jìn)行打擊，如此便使戰(zhàn)場(chǎng)的空間得到很大程度的拓展，使全球作戰(zhàn)成為今后戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的必然勢(shì)態(tài)。

2.2 使作戰(zhàn)能力變強(qiáng)

在高超聲速飛行器中，空天飛機(jī)是典型代表之一，具備一般作戰(zhàn)飛機(jī)沒(méi)有的能力，可以使航空兵參與空地聯(lián)合作戰(zhàn)，同時(shí)又可能加入天軍行列，從而實(shí)現(xiàn)在太空作戰(zhàn)。其中，高超聲速飛行器不但可以發(fā)射相關(guān)監(jiān)視信息，而且還能夠?qū)πl(wèi)星進(jìn)行打擊。此外，當(dāng)高超聲速飛行器攜帶的炸彈從高空發(fā)射之后，能夠在重力的作用下產(chǎn)生極大的動(dòng)能，在制導(dǎo)系統(tǒng)的控制下，精準(zhǔn)且高效地將目標(biāo)擊中?？偠灾叱曀亠w行器在未來(lái)作戰(zhàn)中影響重大，能夠使作戰(zhàn)能力變強(qiáng)。

2.3 使作戰(zhàn)節(jié)奏加快

從現(xiàn)狀來(lái)看，美國(guó)的高超聲速飛行器已經(jīng)具備一定的航天作戰(zhàn)能力，并且美國(guó)軍事合作的洛馬公司正壓法超聲速飛行器，其巡航高度能夠達(dá)到4.5千米，能夠在數(shù)分鐘內(nèi)從上萬(wàn)米高空朝地面任務(wù)目標(biāo)發(fā)起攻擊，其投擲的炸彈可以在重力作用下25馬赫數(shù)的速度，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行毀滅性打擊。有學(xué)者經(jīng)研究表明，美軍的高超聲速飛行器在美國(guó)本土起飛，使一次全球作戰(zhàn)任務(wù)得到有效完成后，再回到本土降落所需的時(shí)間僅為1小時(shí)到2小時(shí)，從中可以看出其作戰(zhàn)的節(jié)奏非常快[3]。從防御角度來(lái)說(shuō)，預(yù)警偵查系統(tǒng)可能還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行軌跡，高超聲速的高空飛行器就已經(jīng)接近目標(biāo)，并且瞬間就能夠擊落目標(biāo)，導(dǎo)致防御系統(tǒng)不能及時(shí)防御。所以，防御方面應(yīng)該及時(shí)構(gòu)建應(yīng)對(duì)高超聲速的高空飛行器的防御機(jī)制。第一，構(gòu)建空、天基偵察預(yù)警機(jī)制，有機(jī)結(jié)合地面預(yù)警雷達(dá)、天基雷達(dá)、偵查衛(wèi)星以及預(yù)警飛機(jī)來(lái)形成嚴(yán)密一體的防御體系，盡快盡早的預(yù)警和探測(cè)高超聲速飛行器。第二，構(gòu)建地基防天武器系統(tǒng)以及空、天基攔截打擊機(jī)制，全程攔截高超聲速飛行器，以便于形成一體化多位攔截網(wǎng)。

2.4 使突防能力更強(qiáng)

現(xiàn)階段巡航導(dǎo)彈運(yùn)行過(guò)程中，突破防御的關(guān)鍵是隱身技術(shù)和超低空飛行，但是實(shí)際操作具備比較慢的運(yùn)行速度，很容易攔截暴露的設(shè)備，例如，科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)候擊落數(shù)十個(gè)戰(zhàn)斧。目前還沒(méi)有針對(duì)高超聲速的高空飛行器的對(duì)策。高超聲速的高空飛行器因?yàn)閺?qiáng)大的抗擊能力和良好的飛行速度，促使打擊系統(tǒng)和防空預(yù)警機(jī)制不能及時(shí)反應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重降低攔截效率，以便于全面提高高超聲速高空飛行器的突防效率。高超聲速的高空飛行器如果能夠有機(jī)結(jié)合隱身技術(shù)，那么會(huì)迅速降低防空武器系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，最大限度降低攔截效率，從而促使高超聲速高空飛行器具備更強(qiáng)生存能力，以便于能夠迅速獲得控制權(quán)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的探究，認(rèn)識(shí)到高超聲速飛行器的特點(diǎn)突出，包括：具備很快的飛行速度、具備良好的隱身性能、具備廣泛的攻擊范圍以及有效荷載高及打擊目標(biāo)能力強(qiáng)。與此同時(shí)，高超聲速飛行器對(duì)未來(lái)作戰(zhàn)的影響也體現(xiàn)在多個(gè)方面，包括：使戰(zhàn)場(chǎng)空間擴(kuò)大、使作戰(zhàn)能力變強(qiáng)以及使作戰(zhàn)節(jié)奏加快等?？偠灾叱曀亠w行器在軍事領(lǐng)域點(diǎn)突出、優(yōu)勢(shì)顯著，在未來(lái)軍事空中作戰(zhàn)具備廣泛應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡海，張林，劉億，方立恭.美國(guó)?；R近空間高超聲速武器的發(fā)展及影響研究[J].飛航導(dǎo)彈，2013（01）：57-62.

篇3

“創(chuàng)新杯”第五屆全國(guó)未來(lái)飛行器設(shè)計(jì)大賽

獲獎(jiǎng)作品選登

號(hào)作品“狂戰(zhàn)士無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)”

成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所十部

李勁杰、李桂生、楊智勇、張雷、周煜青、禹建軍

狂戰(zhàn)士無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是一款性能優(yōu)異的的高超聲速高隱身高機(jī)動(dòng)無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)。采用折疊翼尖與收放鴨翼相結(jié)合的變體鴨式無(wú)尾隱身布局，可高效兼顧亞聲速高升阻比巡航和超聲速突防對(duì)氣動(dòng)力的需求，也協(xié)調(diào)解決了亞聲速隱身巡航和超聲速飛行航向安定性對(duì)氣動(dòng)布局要求之間的矛盾，同時(shí)具備很高的機(jī)動(dòng)飛行控制能力。采用耐高溫吸波復(fù)合材料蒙皮，可滿足馬赫數(shù)3飛行時(shí)的防熱要求，并降低全機(jī)紅外特征信號(hào)；同時(shí)能有效吸收雷達(dá)波，降低全機(jī)RCS（雷達(dá)散射面積）。局部采用智能變形材料，可有效調(diào)節(jié)進(jìn)氣道鼓包和喉道，滿足不同飛行速度下的進(jìn)氣要求；機(jī)翼前緣的智能變型材料可調(diào)節(jié)前緣半徑，優(yōu)化不同飛行速度下的氣動(dòng)力，提高升阻比。采用高度智能的飛機(jī)管理系統(tǒng)，同時(shí)布置有全方位的態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，以在高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)過(guò)程中，對(duì)敵我態(tài)勢(shì)進(jìn)行掌握，并自主決策攻擊。配裝一臺(tái)高性能渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，推重比高、耗油率低，結(jié)合飛機(jī)變體技術(shù)，能使飛機(jī)輕松實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行，同時(shí)具有較大的作戰(zhàn)半徑。

點(diǎn)評(píng)專家簡(jiǎn)介

黃俊，男，貴州黔西人。曾在貴航集團(tuán)（011基地）飛機(jī)設(shè)計(jì)所擔(dān)任兩個(gè)飛機(jī)型號(hào)的主管設(shè)計(jì)師?，F(xiàn)為北京航空航天大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)轱w機(jī)總體設(shè)計(jì)，武器裝備作戰(zhàn)效能分析，武器裝備隱身技術(shù)。

專家評(píng)語(yǔ)

無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是未來(lái)作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)展的重要方向之一?！翱駪?zhàn)士無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)”綜合利用隱身、材料、變形、推進(jìn)、綜合航電等成熟或可預(yù)期的先進(jìn)技術(shù)，從氣動(dòng)布局、總體安排、結(jié)構(gòu)布置、作戰(zhàn)使用等方面精心構(gòu)思，設(shè)計(jì)出一款性能先進(jìn)、效能較高的未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)概念方案，具有可行性高、飛行原理合理、創(chuàng)新性較強(qiáng)等特點(diǎn)，反映了作者對(duì)當(dāng)前和未來(lái)先進(jìn)航空技術(shù)的了解，亞、超聲速多點(diǎn)巡航考慮也體現(xiàn)出作者扎實(shí)的飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)。不足之處是有效載荷稍小。

有問(wèn)有答

he——小莫問(wèn)：

請(qǐng)問(wèn)圖中殲20尾部凸起的黃色圓圈是什么？有什么用？

答：這個(gè)凸起的黃圈是打開(kāi)的減速傘艙以及它里面的減速傘包。減速傘可協(xié)助縮短降落滑行距離，一定程度降低戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)跑道長(zhǎng)度的要求，更有利于野戰(zhàn)機(jī)場(chǎng)起降。

有讀者短信問(wèn)：

新聞?wù)f“第一代居民身份證自2013年1月1日起停止使用”，請(qǐng)問(wèn)還能用一代身份證乘坐飛機(jī)嗎？

篇4

判斷一架飛機(jī)的好壞，需要用一些技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量。這就要涉及到飛機(jī)的主要飛行性能指標(biāo)。

飛機(jī)的主要飛行性能指標(biāo)通常包括：飛行速度、航程（或航時(shí)、作戰(zhàn)半徑）、升限（理論升限和實(shí)用升限）、起飛著陸性能和機(jī)動(dòng)性能。對(duì)于特殊用途飛機(jī)，還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)給出額外的性能參數(shù)。當(dāng)然，對(duì)一架飛機(jī)來(lái)說(shuō)，起飛重量也是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，是討論飛機(jī)飛行性能指標(biāo)的基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，如果不考慮起飛重量而只討論飛行性能指標(biāo)是不現(xiàn)實(shí)的。

上述這些主要性能指標(biāo)同樣適用于描述模型飛機(jī)的飛行性能。

1. 飛行速度

飛行速度是最為重要的飛機(jī)飛行性能參數(shù)，具體包括最大平飛速度、最小平飛速度和巡航速度。對(duì)于軍用飛機(jī)來(lái)說(shuō)最看中的是其最大飛行速度；而對(duì)講究經(jīng)濟(jì)效率的民用飛機(jī)來(lái)說(shuō)更多地衡量巡航速度。

（1）最大平飛速度

最大平飛速度是指飛機(jī)水平直線平衡飛行時(shí)，在一定的飛行距離內(nèi)（一般應(yīng)不小于3km）、在發(fā)動(dòng)機(jī)推力最大狀態(tài)下，飛機(jī)所能達(dá)到的最大飛行速度。它是一架飛機(jī)能飛多快的指標(biāo)。

要提高飛機(jī)的最大飛行速度，一是要減小飛機(jī)的飛行阻力，另一是要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。但應(yīng)注意，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)推力的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)本身重量和尺寸會(huì)隨之增加，燃油消耗也會(huì)加大，并導(dǎo)致飛機(jī)重量和空氣阻力增大。而且，隨著飛行速度的增加，當(dāng)速度接近于聲速或超過(guò)聲速時(shí)，飛機(jī)上將產(chǎn)生“激波”。此時(shí)，飛機(jī)阻力將急劇增加。因此，為了大幅度提高飛行速度，往往還需改變飛機(jī)的外形。

（2）最小平飛速度

最小平飛速度是指飛機(jī)在水平直線平衡飛行時(shí)，所能達(dá)到的最小飛行速度，這個(gè)速度的大小取決機(jī)的失速速度的大小。飛機(jī)在起飛時(shí)的離地速度和在著陸時(shí)的接地速度都不能小于此速度，否者就會(huì)出現(xiàn)失速。

（3）巡航速度

巡航速度是指發(fā)動(dòng)機(jī)每千米消耗燃油量最小時(shí)的飛行速度。巡航速度顯然要大于最小平飛速度而小于最大平飛速度。飛機(jī)以巡航速度飛行最經(jīng)濟(jì)，因此巡航速度通常也被稱為經(jīng)濟(jì)速度。

測(cè)量飛機(jī)的實(shí)際飛行速度，往往可以采用空速計(jì)、GPS等方法。前者測(cè)量出來(lái)的是空速，后者測(cè)量出來(lái)的是地速。有關(guān)空速和地速的概念，將在后面詳細(xì)介紹。

圖1是一種常見(jiàn)的用于顯示飛機(jī)空速的指針式儀表。其速度顯示分為幾個(gè)區(qū)，其中，綠色區(qū)域是安全飛行的速度區(qū)域，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間飛行；黃色區(qū)域是大飛行速度的警告區(qū)，不宜進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間飛行；低于綠色區(qū)域的下限速度或高于黃色區(qū)域的上限速度都不允許進(jìn)行飛行，前者會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)失速，后者會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)解體。

2. 航程

航程是衡量一架飛機(jī)能夠飛多遠(yuǎn)的指標(biāo)，為了追求大航程提高經(jīng)濟(jì)效率，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要優(yōu)化氣動(dòng)外形減小空氣阻力，增大升阻比，減小燃油消耗率。航程通常用以表示運(yùn)輸類飛機(jī)能夠飛多遠(yuǎn)（有時(shí)也用航時(shí)來(lái)衡量）。對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)，由于完成作戰(zhàn)后還必須返回原起飛場(chǎng)地，因此通常用作戰(zhàn)半徑來(lái)衡量其能夠飛多遠(yuǎn)。為了增加作戰(zhàn)半徑，戰(zhàn)斗機(jī)通常攜帶副油箱（圖2），在飛行中優(yōu)先使用副油箱，待箱中油料用完之后，可扔掉以減輕飛機(jī)的重量和阻力。

3. 升限

升限用來(lái)衡量飛機(jī)做水平飛行時(shí)所能達(dá)到的高度。由于空氣密度的變化，隨著高度的增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力呈下降趨勢(shì)。當(dāng)飛機(jī)達(dá)到某一高度，發(fā)動(dòng)機(jī)已不再有剩余功率使飛機(jī)飛得更高，而只能在此高度維持水平飛行時(shí)，稱這一高度為理論升限。在實(shí)際飛行中為了使飛機(jī)具有較好的操控性，不會(huì)使其剛好處于臨界高度，一般取垂直上升速度為5m/s時(shí)的最大高度為實(shí)用升限。飛機(jī)的垂直上升或下降速度通常用如圖3所示的升降速度表顯示。

飛機(jī)通常不在升限附近工作，而是在低于甚至遠(yuǎn)低于升限的高度飛行。衡量飛機(jī)飛得多高，不同的場(chǎng)合往往采用不同的高度指標(biāo)，如：絕對(duì)高度、相對(duì)高度、真實(shí)高度、標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。這幾種高度之間的相對(duì)關(guān)系如圖4所示。

（1）絕對(duì)高度：距實(shí)際海平面的垂直距離。

（2）相對(duì)高度：距選定的參考面（如起飛或著陸的機(jī)場(chǎng)地平面）的垂直距離。

（3）真實(shí)高度：距飛行器正下方地面的垂直距離。

（4）標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度：距國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)氣壓基準(zhǔn)平面的垂直距離。

起飛著陸時(shí)通常使用起降場(chǎng)地的相對(duì)高度；執(zhí)行低空飛行、轟炸、照相等任務(wù)時(shí)使用真實(shí)高度；空中交通管制分層飛行使用標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度；飛行性能描述使用絕對(duì)高度等。

飛行高度的測(cè)量最常用的方法有氣壓測(cè)高、無(wú)線電測(cè)高、GPS測(cè)高等方法。圖5是一種常用的指針式高度表。

4. 起飛、著陸性能

飛機(jī)的起飛和著陸是兩個(gè)重要的飛行狀態(tài)，起飛著陸性能的好壞有時(shí)甚至?xí)绊懙斤w機(jī)能否順利完成正常的飛行任務(wù)。起飛著陸性能指標(biāo)可以概括為兩部分：起飛和著陸距離；起飛離地和著陸接地速度。后者除影響起飛和著陸距離外，還牽涉到起降安全問(wèn)題。

5. 機(jī)動(dòng)性能

飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性是指飛機(jī)在一定時(shí)間間隔內(nèi)改變飛行狀態(tài)的能力。對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，取決機(jī)要完成的飛行任務(wù)。對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)而言，要進(jìn)行空中格斗，對(duì)其機(jī)動(dòng)性要求就很高。因在奪取空戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)時(shí)，飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性起著相當(dāng)重要的作用，所以機(jī)動(dòng)性是軍用飛機(jī)的重要戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)。而對(duì)于運(yùn)輸機(jī)，一般不要求在空中做劇烈動(dòng)作，機(jī)動(dòng)性要求就低。

6. 飛得最快、最高、最遠(yuǎn)

飛行器的發(fā)展、飛行器設(shè)計(jì)水平的高低往往可以用上述主要飛行性能表征。那么目前飛機(jī)的飛行速度、飛行距離、飛行高度能夠達(dá)到多少呢？最大起飛重量能到什么程度呢？

（1）飛行速度最快、飛行高度最高的飛機(jī)

目前世界上飛得最快的飛機(jī)要屬美國(guó)NASA的X-43A無(wú)人研究機(jī)（圖6）。該機(jī)在2009年11月份的試飛中達(dá)到了9.6馬赫的速度（即9.6倍聲速）。飛得最快的已投入實(shí)用的有人駕駛飛機(jī)是美國(guó)SR-71“黑鳥(niǎo)”偵察機(jī)（圖7），其創(chuàng)造了3.2馬赫的速度。飛得最快的僅限于試驗(yàn)的有人駕駛飛機(jī)是美國(guó)的X-15A（圖8）。在上世紀(jì)60年代，X-15A先后創(chuàng)造了飛行速度6.72 馬赫、飛行高度108000 米的速度與升限的世界記錄，它的試驗(yàn)飛行幾乎涉及了高超聲速研究的所有領(lǐng)域，并為美國(guó)后來(lái)“水星”、“雙子星”、“阿波羅”載人太空飛行計(jì)劃和航天飛機(jī)的發(fā)展提供了極其珍貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

就飛行高度而言，美國(guó)的“太空船二號(hào)”（圖9），可以在太空亞軌道上飛行，其設(shè)計(jì)軌道高度為160～320千米，但出于安全考慮，初期只打算飛到100多千米高度。該飛行器可供游客體驗(yàn)太空失重的感覺(jué)，不過(guò)價(jià)格不菲。

（2）飛行距離最遠(yuǎn)的飛機(jī)

“維珍大西洋環(huán)球飛行者”號(hào)（圖10）是目前世界上最新的可實(shí)現(xiàn)中途不著陸環(huán)球飛行的飛機(jī)，堪稱飛行距離最遠(yuǎn)的飛機(jī)。2005年3月3日，美國(guó)冒險(xiǎn)家史蒂夫·福塞特駕駛“維珍大西洋環(huán)球飛行者”號(hào)實(shí)現(xiàn)了單人、不間斷、中途不加油的環(huán)球飛行記錄，歷時(shí)約76小時(shí)。而早在1986年12月，美國(guó)人迪克·魯坦和珍娜·耶格爾兩人曾駕駛“旅行者”號(hào)飛機(jī)完成了史無(wú)前例的中途不加油、不著陸環(huán)球飛行壯舉，歷時(shí)9天3分44秒。值得一提的是，這兩種環(huán)球飛機(jī)都出自美國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)師伯特·魯坦之手。

（3）起飛重量最大的飛機(jī)

目前世界上起飛重量最大的客機(jī)是歐洲空中客車公司的A-380（圖11），最大起飛重量550噸，堪稱“巨無(wú)霸客機(jī)”。起飛重量最大的運(yùn)輸機(jī)是蘇聯(lián)安東諾夫設(shè)計(jì)局（現(xiàn)烏克蘭安東諾夫設(shè)計(jì)局）研制的安-225（圖12），最大起飛重量600噸。圖13為這兩種大型飛機(jī)和波音747客機(jī)的尺寸對(duì)比圖。

十七、飛機(jī)的飛行速度

飛行速度是飛機(jī)在空中飛行中最為關(guān)鍵的參數(shù)，因?yàn)楦鶕?jù)升力的產(chǎn)生原理，若飛機(jī)沒(méi)有相對(duì)于空氣的速度則不能產(chǎn)生升力，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)在空中飛行。

1. 地速與空速

飛機(jī)的飛行速度通?？梢杂玫厮俸涂账賮?lái)表示。所謂地速是指飛機(jī)飛行時(shí)相對(duì)于地面的速度，通常用加速度積分的方式或GPS的方式進(jìn)行測(cè)量。所謂空速是指飛機(jī)飛行時(shí)相對(duì)于空氣氣流的速度，可以用氣壓式空速計(jì)測(cè)量。兩者之間的差異在于風(fēng)速。當(dāng)飛機(jī)順風(fēng)飛行時(shí)，地速大于空速；當(dāng)飛機(jī)逆風(fēng)飛行時(shí)，空速大于地速。

氣壓式空速表是一種通過(guò)感受壓力來(lái)間接測(cè)量相對(duì)氣流速度的儀表。一般在飛行器的前端，都有一根細(xì)桿，它就是空速管（圖14）?？账俟艿恼岸碎_(kāi)有總壓孔，在稍后面垂直側(cè)壁方向開(kāi)有一圈靜壓孔。總壓孔和靜壓孔分別與兩個(gè)壓力傳感器相連，或與氣壓測(cè)量膜盒相連?？账俟苷龑?duì)氣流時(shí)，前端氣流形成駐點(diǎn)，速度為零，這點(diǎn)的氣壓是總壓；側(cè)壁的靜壓孔因其與氣流方向垂直，感受到的壓力與氣流速度無(wú)關(guān)，為大氣靜壓。

根據(jù)伯努利方程，動(dòng)壓等于總壓減去靜壓，即

其中：代表動(dòng)壓，ρ為空氣密度，υ為相對(duì)于空氣的速度，P代表靜壓。

靜壓是指流體在流動(dòng)過(guò)程中，流體本身實(shí)際具有的壓力，即運(yùn)動(dòng)流體的當(dāng)?shù)貕毫Α?duì)機(jī)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)靜壓是指該飛行高度上未受飛機(jī)擾動(dòng)時(shí)的大氣壓力。飛機(jī)的動(dòng)壓是指空氣以速度流動(dòng)時(shí)由流速產(chǎn)生的附加壓力。根據(jù)動(dòng)壓的表達(dá)式，再知道了當(dāng)?shù)氐目諝饷芏染湍芮蟪隹账?，而空氣密度則可以根據(jù)空氣密度和高度的函數(shù)關(guān)系求得。

2. 馬赫數(shù)

前面已介紹過(guò)，空氣有一個(gè)特性——壓縮性。而為了考慮空氣的壓縮性，就必須考慮聲速這個(gè)因素。聲速會(huì)隨周圍介質(zhì)密度的改變而改變，而空氣密度則隨高度變化，因此不同高度的聲速也不一樣。聲速越大，空氣就越難壓縮。另一個(gè)應(yīng)考慮的因素是飛行器的運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)速度越大，則施加給空氣的壓力就越大，空氣被壓縮得也越厲害。由此可見(jiàn)，空氣被壓縮的程度，與聲速成反比，而與飛機(jī)飛行速度成正比。因此，要衡量空氣被壓縮程度的大小，可以把這兩個(gè)因素結(jié)合起來(lái)。這就是經(jīng)常會(huì)提到的馬赫數(shù)（Mach Number），通常以Ma來(lái)表示，即

式中：υ表示在一定高度上飛行器的飛行速度；a則表示該處的聲速，空氣中的聲速隨高度的變化而變化。

馬赫數(shù)是衡量飛行過(guò)程中空氣被壓縮程度的一個(gè)指標(biāo)。馬赫數(shù)越大，空氣被壓縮得越厲害；而馬赫數(shù)小到一定程度則可以忽略空氣的壓縮性。根據(jù)馬赫數(shù)Ma的大小，可以把飛行器的飛行速度劃分為如下區(qū)域：

Ma≤0.4為低速飛行

0.4

0.85

1.15

Ma>5.0為高超聲速飛行

Ma在0.4以下的低速飛行范圍，可以不考慮空氣壓縮性的影響，也就是說(shuō)，可把空氣密度看成是不變的不可壓縮流體來(lái)做理論分析。而隨著Ma的增大，空氣壓縮性的影響逐漸明顯，進(jìn)而必須考慮。

Ma在0.4～0.85時(shí)，壓縮性對(duì)飛行的影響只有量的變化，無(wú)質(zhì)的突破。

Ma在0.85左右時(shí)，飛行器表面氣流的局部流速可達(dá)到聲速，開(kāi)始出現(xiàn)激波（一種獨(dú)特的流動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)際上是受到強(qiáng)烈壓縮的一層薄薄的空氣，有關(guān)激波的詳細(xì)情況，感興趣的讀者可以參閱相關(guān)書(shū)籍）。隨著Ma的增大，超聲速區(qū)域逐漸擴(kuò)大，一直持續(xù)到Ma等于1.15左右，流動(dòng)呈現(xiàn)亞聲速和超聲速共存的局面。在Ma為0.85～1.15的跨聲速飛行區(qū)域內(nèi)，氣流分離現(xiàn)象嚴(yán)重，空氣阻力劇增，飛行穩(wěn)定性變壞。

當(dāng)Ma超過(guò)1.15以后，整個(gè)流場(chǎng)都達(dá)到超聲速，流動(dòng)的性質(zhì)與亞聲速相比有本質(zhì)上的不同。

Ma大于5.0的飛行稱為高超聲速飛行，飛行器前緣由于氣流受到強(qiáng)烈壓縮，會(huì)出現(xiàn)溫度達(dá)數(shù)千攝氏度的激波層。這樣高的溫度會(huì)使周圍的空氣分子分解甚至電離，給飛行器的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)許多新問(wèn)題。

3. 聲障、熱障

飛機(jī)誕生初期，飛行速度并不快，都處于低速飛行范圍。但隨著需求的不斷提高，飛機(jī)的速度越來(lái)越快。到20世紀(jì)40年代，采用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，平飛速度達(dá)到了每小時(shí)七百多千米，俯沖時(shí)其速度接近聲速。此時(shí)，飛機(jī)會(huì)發(fā)生劇烈的抖振，變得不穩(wěn)定，幾乎失去操縱。有時(shí)抖振太劇烈會(huì)使飛機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，造成飛機(jī)失事。這種現(xiàn)象就是“聲障”?！奥曊稀笔窃陲w機(jī)速度不斷提高的過(guò)程中遇到的第一個(gè)關(guān)口。為了突破聲障，必須在飛機(jī)設(shè)計(jì)方面采用一些特殊措施以減小激波阻力，最有效的設(shè)計(jì)就是采用后掠機(jī)翼。世界上第一架突破聲障的飛機(jī)是美國(guó)的X-1研究機(jī)（圖15），駕駛這架飛機(jī)的是著名飛行員耶格爾，當(dāng)時(shí)這架飛機(jī)飛行速度達(dá)到了1.06倍的聲速。

當(dāng)飛機(jī)突破聲障進(jìn)入超聲速飛行時(shí)，所形成的激波傳到地面會(huì)形成如同雷鳴般的爆炸聲，這就是所謂“聲爆”現(xiàn)象。聲爆過(guò)大可能會(huì)對(duì)地面的居民和建筑物造成損害?！奥暠睆?qiáng)度與飛機(jī)的飛行高度（強(qiáng)度隨著離開(kāi)飛機(jī)的距離增加而減?。?、飛行速度、飛機(jī)重量、飛行姿態(tài)以及大氣狀態(tài)等都有關(guān)系。為防止噪聲擾民和“聲爆”現(xiàn)象，一般規(guī)定在城市上空10km的高度之下不得作超聲速飛行。飛機(jī)在空氣濕度較大的海上進(jìn)行超聲速飛行時(shí)，空氣中水蒸汽還會(huì)由于斜激波的作用產(chǎn)生如圖16的圓錐形霧團(tuán)。

飛機(jī)突破“聲障”以后，隨著速度的進(jìn)一步提高，又遇到了一個(gè)新的關(guān)口，這就是“熱障”。當(dāng)飛機(jī)以超聲速飛行時(shí)，其表面附面層中的空氣因受到強(qiáng)烈摩擦阻滯和壓縮，速度大大降低，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使飛機(jī)表面溫度急劇增高。如飛機(jī)以Ma為2.0在同溫層飛行時(shí)，頭部溫度可達(dá)到120。C；當(dāng)飛行速度提高到Ma為3.0時(shí)，頭部溫度可達(dá)到370。C。此時(shí)，作為飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)材料的鋁合金，由于其材料性能隨溫度升高急劇下降，不能在如此高溫環(huán)境下長(zhǎng)期工作，因此會(huì)造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)的破壞。

氣動(dòng)加熱可使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度降低，飛機(jī)的氣動(dòng)外形受損，危及飛行安全。這種由氣動(dòng)加熱引起的危險(xiǎn)障礙被稱為“熱障”。世界上第一架突破熱障的飛機(jī)是美國(guó)的X-2（圖17），駕駛這架飛機(jī)的飛行員是阿普特，當(dāng)時(shí)的飛行速度達(dá)到了3.2倍聲速，不幸的是在完成這次突破后，意外地發(fā)生了機(jī)毀人亡的事故。圖18是“阿波羅”登月飛船指揮艙再入大氣層時(shí)的表面溫度，從圖中可以看出，此時(shí)飛船的表面溫度已經(jīng)非常高了。

在飛機(jī)其他表面，溫度雖然比機(jī)頭的低些，但由于空氣粘性的作用，附面層內(nèi)氣流流速受到滯止，表面溫度也是相當(dāng)高的。因此，機(jī)內(nèi)設(shè)備、人員也需要隔熱、防熱。由于人所能承受的溫度最高大約是40。C，而飛機(jī)上的設(shè)備如無(wú)線電、航空儀表、雷達(dá)、橡膠、有機(jī)玻璃、塑料等其工作溫度一般也不超過(guò)80。C。因此如何保護(hù)機(jī)內(nèi)人員、設(shè)備不受傷害，也是應(yīng)對(duì)“熱障”時(shí)需要解決的重要問(wèn)題之一。

目前解決熱障的方法主要有：使用耐高溫的新材料如鈦合金、不銹鋼或復(fù)合材料來(lái)制造飛機(jī)重要的受力構(gòu)件和蒙皮；用隔熱層來(lái)保護(hù)機(jī)內(nèi)設(shè)備和人員；用水或其它冷卻液來(lái)冷卻結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面等。如美國(guó)SR-71飛機(jī)，93%的機(jī)體結(jié)構(gòu)采用鈦合金，就順利地越過(guò)了熱障，當(dāng)時(shí)創(chuàng)造了3.3倍聲速的世界紀(jì)錄。

4.氣動(dòng)外形決定飛行速度

飛機(jī)從其誕生至今已經(jīng)有一百多年的歷史了，發(fā)展了形形的式樣。有的飛機(jī)飛行速度較小，也就二三百千米/小時(shí)；而有些飛機(jī)飛行速度則非常大，甚至可達(dá)到幾倍聲速。那么如何從外形上區(qū)別低速飛機(jī)還是高速飛機(jī)呢？

低、亞聲速飛機(jī)和超聲速飛機(jī)由行速度不同，飛行時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力也有較大差異。為了獲得較好的氣動(dòng)外形和飛行性能，低、亞聲速飛機(jī)和超聲速飛機(jī)在外形上有很大不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）機(jī)翼展弦比大小的不同：低、亞聲速飛機(jī)（圖19）機(jī)翼的展弦比較大，一般在6～9之間，梢根比也較大，一般在0.33左右；而超聲速飛機(jī)（圖20）機(jī)翼的展弦比較小，一般在2.5～3.5之間，梢根比較小，在0.2左右。

（2）機(jī)翼后掠角大小的不同：低速飛機(jī)常采用無(wú)后掠角或小后掠角的梯形直機(jī)翼，亞聲速飛機(jī)（圖21）的后掠角一般小于35。；而超聲速飛機(jī)（圖22）通常為大后掠機(jī)翼或三角機(jī)翼，前緣后掠角一般為40?！?0。。

（3）翼型和機(jī)頭頭部形狀的不同：低、亞聲速飛機(jī)的機(jī)翼翼型一般為圓頭尖尾（圖23），前緣半徑較大，相對(duì)厚度也較大，一般在0.1～0.12之間；而超聲速飛機(jī)機(jī)翼翼型為小圓頭或尖頭（前緣半徑比較小，圖24），相對(duì)厚度也較小，一般在0.05左右。機(jī)頭頭部形狀也和翼型頭部形狀的規(guī)律相似。

篇5

飛機(jī)們自然不考語(yǔ)文數(shù)學(xué),它們考些啥呢?先來(lái)看看這三關(guān)!

鉆進(jìn)狂風(fēng)洞,看誰(shuí)更“拉風(fēng)”

飛機(jī)考試的第一關(guān)是考外形,這不是“以貌取人”嗎?沒(méi)錯(cuò),雖然“以貌取人”是不對(duì)的,但是“以貌取機(jī)”卻絕對(duì)正確。用飛機(jī)設(shè)計(jì)師的話講:飛機(jī)的什么最重要?第一是外形,第二是外形,第三還是外形。尤其是對(duì)軍用飛機(jī)來(lái)說(shuō),長(zhǎng)得“帥不帥”幾乎決定后面的一切。飛機(jī)為啥這么在乎自己的長(zhǎng)相呢?因?yàn)轱w機(jī)的外形越接近流線型,在飛行中受到的阻力就越小,越能飛得更快、更敏捷、更省油。

可飛機(jī)的用途多了,不同種類的飛機(jī)長(zhǎng)得都不一樣,到底長(zhǎng)成啥樣才算帥飛機(jī)呢?這得考官風(fēng)洞說(shuō)了算。風(fēng)洞,顧名思義就是一個(gè)會(huì)吹風(fēng)的洞。聽(tīng)著挺簡(jiǎn)單,其實(shí)挺復(fù)雜。不過(guò)說(shuō)白了就是在洞里安幾個(gè)大風(fēng)扇,扇出達(dá)到聲速甚至數(shù)倍于聲速的氣流,對(duì)著安放在洞里的飛機(jī)猛吹。飛機(jī)在這樣的狂風(fēng)中和它在天空高速飛行時(shí)遇到的風(fēng)是一樣的。在這樣“完全仿真”的環(huán)境里檢測(cè)出飛機(jī)受到的阻力、機(jī)翼產(chǎn)生的升力是不是合乎要求。然后就可以根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn),給飛機(jī)做“整容手術(shù)”,把它整成“拉風(fēng)”的帥飛機(jī)。

為了更真實(shí)地模擬飛機(jī)在高空遇到的各種復(fù)雜情況,風(fēng)洞也相應(yīng)的有很多種類型。低速、高速、超聲速、高超聲速等各種風(fēng)洞,風(fēng)速?gòu)膸资?秒到十倍于聲速一應(yīng)俱全。有了風(fēng)洞,飛機(jī)呆在地面上就能測(cè)試出怎樣的外形最適合飛行,比直接上天去測(cè)試安全多了。

要“拉風(fēng)”,不要“拉冰”

長(zhǎng)相過(guò)關(guān)后,還有一項(xiàng)重要的考試內(nèi)容:抗凍!飛機(jī)也怕冷嗎?那當(dāng)然!要知道高空的氣溫比地面低多了,零下幾十度是司空見(jiàn)慣的。飛機(jī)在穿越云層時(shí),常常會(huì)遇見(jiàn)冷氣流,要是水蒸氣在飛機(jī)冰冷的外殼上凝結(jié)成冰,那可就危險(xiǎn)啦。越結(jié)越厚的冰會(huì)讓飛機(jī)越來(lái)越重,更危險(xiǎn)的是,結(jié)冰后相當(dāng)機(jī)的外形被改變,尤其是機(jī)翼的形狀最關(guān)鍵,很容易讓飛機(jī)失去升力。據(jù)研究,只要機(jī)翼的前緣有半寸結(jié)冰,就能讓飛機(jī)失去一半的升力,并增加相同數(shù)量的阻力。一般情況下,只要結(jié)冰時(shí)間達(dá)到兩分鐘就會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)墜毀!所以飛機(jī)必須有合格的“供暖”設(shè)備,保證不讓機(jī)身上的水汽凝結(jié)成冰才行。

因此,飛機(jī)還必須要進(jìn)入試驗(yàn)室,在模擬的高空寒冷結(jié)冰環(huán)境中,測(cè)試抗冰性能。

東拉西扯,連搖帶壓

這項(xiàng)考試是為了看飛機(jī)的身子骨兒結(jié)實(shí)不結(jié)實(shí)。給飛機(jī)全身都連接上施力點(diǎn),這些點(diǎn)有的給飛機(jī)施加壓力,有些給飛機(jī)施加拉力,讓飛機(jī)所受的力達(dá)到了機(jī)身能承受的極限,然后測(cè)試出飛機(jī)在受到多大的力時(shí)才會(huì)解體。這項(xiàng)考試同樣很重要,要知道,即使是一架相對(duì)較輕的戰(zhàn)斗機(jī),在全副武裝后,體重也會(huì)增加到30噸以上,再加上戰(zhàn)機(jī)必須在空中高速飛行、快速轉(zhuǎn)彎,因此飛機(jī)所要承受的外力大得驚人,要是骨架不結(jié)實(shí),非得在空中散成零件不可。

篇6

關(guān)鍵詞：超聲波傳動(dòng)鏈內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差

中圖分類號(hào)：TM910 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

包裝精度差成了提速的主要障礙。其次的缺陷是提速后運(yùn)行不穩(wěn)定，因?yàn)檩斔蜁r(shí)經(jīng)常出現(xiàn)顫動(dòng)扯斷了薄膜紙并形成薄膜紙走偏，走偏后的薄膜紙包不住電池需停機(jī)調(diào)整。還有故障率高等。為了弄清其原因我們對(duì)日本原裝機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行分析。原裝機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理簡(jiǎn)介如下；

1 薄膜打孔機(jī)構(gòu)：功能為在平鋪的薄膜紙上打上一排郵票孔，待包裹電池后熱縮將其扯斷，以達(dá)到連續(xù)包裹后再每對(duì)分開(kāi)的目的。

2分對(duì)機(jī)構(gòu)：功能為把連續(xù)排隊(duì)的電池通過(guò)分對(duì)盤每?jī)芍?、兩只分開(kāi)，并用滾子鏈上的分隔銷固定后送入薄膜紙包裹。

3 薄膜套包裹電池搓送機(jī)構(gòu)：功能為將平鋪薄膜紙通過(guò)導(dǎo)向器卷成薄膜套筒，同時(shí)包裹住兩只、兩只分開(kāi)的電池，接著用兩旁搓送帶夾住搓動(dòng)傳送。

4超聲波焊接薄膜裝置功能為用超聲波焊接包裹住電池的薄膜套并切除余邊。

5熱縮裝置：功能為將包裹住電池的薄膜套在郵票孔處熱縮扯斷分開(kāi)，接著熱縮分開(kāi)后單獨(dú)包裝的薄膜套以緊裹電池。

6差速機(jī)構(gòu)：為了使每對(duì)電池能置于薄膜套的兩排郵票孔中央，分對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈中還設(shè)置了差速機(jī)構(gòu)，調(diào)整差速機(jī)構(gòu)可使電池位置在薄膜套內(nèi)左右移動(dòng)，達(dá)到居中。

包裝電池過(guò)程中的誤差分析計(jì)算如下：（部分過(guò)程省略）

打孔刀軸的總轉(zhuǎn)角誤差、及其對(duì)應(yīng)的工作長(zhǎng)度誤差：

電池分對(duì)銷輪軸的總轉(zhuǎn)角誤差、及其對(duì)應(yīng)的工作長(zhǎng)度誤差：

搓動(dòng)電池套輪軸的總轉(zhuǎn)角誤差、及其對(duì)應(yīng)的工作長(zhǎng)度誤差：

式中； l■是打孔刀軸產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度， l■是電池分對(duì)銷輪軸產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度，l■是搓動(dòng)電池套輪軸產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度，已知3工作軸在包裹一對(duì)電池所產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度等；

第一條內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈（打孔刀軸-電池分對(duì)銷輪軸）產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度誤差

第二條內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈（打孔刀軸-電池套搓輪軸）產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度誤差

每對(duì)薄膜套包裹電池的誤差是由第一條內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度誤差l■和第二條內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈產(chǎn)生的工作長(zhǎng)度誤差l■組成；

即原裝機(jī)薄膜套與電池總誤差：

是un傳動(dòng)副產(chǎn)生在No：n軸上轉(zhuǎn)角誤差。u4、u5、u6、u7、u8、u11、u15是速比接近的

滾子鏈傳動(dòng)副，近似認(rèn)為；

u2、u9、u11、是齒輪傳動(dòng)副，齒輪傳動(dòng)副產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差比滾子鏈傳動(dòng)副產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤

要小很多，近似計(jì)算可忽略；

是曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿傳動(dòng)副，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差與滾子鏈傳動(dòng)副產(chǎn)生的誤差接近，亦可近似；

最后得；

以上誤差計(jì)算看出，原裝機(jī)薄膜包裝電池的綜合誤差相當(dāng)大，實(shí)際的包裝也確實(shí)如此。

特別是提速后，由于滾子鏈條的載荷加大，滾子鏈的長(zhǎng)度變化增大，各滾子鏈傳動(dòng)副的誤差隨之增大。實(shí)際上，當(dāng)時(shí)的每對(duì)包裹套電池的的誤差綜合經(jīng)常出現(xiàn) l■﹥0.5mm。造成超差。當(dāng)時(shí)為了解決此問(wèn)題，通過(guò)勤調(diào)整滾子傳動(dòng)鏈的張緊輪、采用高級(jí)的進(jìn)口鏈、進(jìn)口軸承、差速箱齒輪提高精度等級(jí)等手段來(lái)改善。但收效甚微。2005年我們開(kāi)始對(duì)大號(hào)對(duì)裝機(jī)進(jìn)行改革。

改革目的主要是提高速度后保證傳動(dòng)精度及保持運(yùn)行的穩(wěn)定性，主要的改革如下：

1根據(jù)內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)原則，縮短傳動(dòng)鏈?zhǔn)亲钣行岣邆鲃?dòng)精度的方法。由于滾子鏈傳動(dòng)副傳動(dòng)精度較低，應(yīng)盡量減少用其傳動(dòng)。各部分的傳動(dòng)比由齒輪實(shí)現(xiàn)后，由滾子鏈1次傳遞到各部分的工作位。提高精度的同時(shí)降低制造成本和提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 原裝機(jī)的結(jié)構(gòu)是大號(hào)電池和3號(hào)電池可互換使用的，因此增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。但實(shí)際生產(chǎn)中根本不可能實(shí)現(xiàn)互換。故改為專一的大號(hào)電池使用。

3 曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿傳動(dòng)副的間隙較大，形成傳動(dòng)誤差較大。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為其作用不大，接著在1臺(tái)機(jī)上拆去做試驗(yàn)。后證實(shí)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對(duì)薄膜打孔完全無(wú)作用，并因其產(chǎn)生鏈條的抖動(dòng)，較大地影響了其對(duì)應(yīng)部分的使用壽命，故取消。

4 原有的薄膜紙輸送筒在較早時(shí)期的使用中，發(fā)現(xiàn)根本不起作用，反而對(duì)薄膜的傳送造成影響，90年代已經(jīng)停用。其存在增加了傳動(dòng)的復(fù)雜，故取消。

5 對(duì)差速箱內(nèi)用滑動(dòng)軸承部分全部改為滾動(dòng)軸承，使其減少了傳動(dòng)過(guò)程中的阻力。

6 對(duì)超聲波換能器工作嘴位對(duì)應(yīng)的砧輪支撐軸承加大了剛性、各輸送槽高低、左右位置改為可調(diào)、改善了熱縮爐的風(fēng)路機(jī)構(gòu)等。

其內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈的誤差分析如下；

第一路到打孔刀軸；由No：3開(kāi)始，經(jīng)u2，u8，到No：8。第二路到分對(duì)銷輪軸；由No：3開(kāi)始，經(jīng)u7，u9，到No：9。第三路到電池套搓輪軸；由No：3開(kāi)始，經(jīng)u5，u10，到No：10。其誤差分析過(guò)程同前。

得出改進(jìn)后套與電池總誤差；

即改革后電池包裝薄膜套的誤差只是原來(lái)的57.7%，實(shí)際的測(cè)量還小于此。

超聲波高速電池包裝機(jī)改革后有以下的改進(jìn)：

1 包裝速度有了較大的提高，改革前是650只/分，改革后，在各種指標(biāo)都優(yōu)于原來(lái)的狀態(tài)下，速度普遍已超1000只/分，性能較好的達(dá)1050只/分。提高超過(guò)50%。

2 在速度高于1000只/分的狀態(tài)下，精度指標(biāo)有了較大的提高，電池與薄膜套不對(duì)中的問(wèn)題得到了徹底的解決，改革后的機(jī)在使用2年后 ≤0.25mm，大大小于質(zhì)量公差要求。

3 簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減少了多余的機(jī)構(gòu)，節(jié)約了制造成本，傳動(dòng)系統(tǒng)顯得簡(jiǎn)單、整潔。使維修、保養(yǎng)變得方便。因傳動(dòng)副減少，特別是滾子鏈傳動(dòng)副[2]的減少，在提速后噪音比原來(lái)還要小。

4 提高了使用的穩(wěn)定性，改革前故障率非常高，設(shè)備利用率只有90%左右，5臺(tái)機(jī)配備了2個(gè)維修工，改革后的設(shè)備利用率達(dá)98%，同時(shí)解決了薄膜紙扯斷、走偏的問(wèn)題。并且大部分故障由操作工本身解決，沒(méi)有配備專職維修工。

超聲波高速電池包裝機(jī)的改革取得了較大的成功，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉卻產(chǎn)生了較大生產(chǎn)效益，目前其生產(chǎn)速度位居全國(guó)同行業(yè)之首，并已向廈門電池廠、郁南永光集團(tuán)等提供了多臺(tái)。深受同行的歡迎。

參考文獻(xiàn)

篇7

關(guān)鍵詞：計(jì)算流體力學(xué)；軟件；流體力學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）11-0248-03

一、引言

英國(guó)著名教育學(xué)家J.K.Gilbert教授在其組織編著的“Visualization：Theory and Practice in Science Education”一書(shū)別強(qiáng)調(diào)：可視化技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用是一個(gè)亟待深入研究的問(wèn)題[1]。Gilbert教授從認(rèn)知模型的角度考慮了可視化在宏觀、亞微觀和符號(hào)層面認(rèn)知中的作用，討論了照片、示意圖、圖表等可視化技術(shù)在科學(xué)知識(shí)描述中的功能。本文在總結(jié)“流體力學(xué)”、“空氣動(dòng)力學(xué)”和“計(jì)算流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容以及“飛行器部件空氣動(dòng)力學(xué)”教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合參考文獻(xiàn)[1]中的教學(xué)思想，系統(tǒng)探討計(jì)算流體力學(xué)（CFD）可視化技術(shù)在流體力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

CFD是采用計(jì)算機(jī)模擬流體流動(dòng)及相關(guān)現(xiàn)象的一門科學(xué)，主要涉及物理、數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科。CFD的應(yīng)用歷史可追溯到上個(gè)世紀(jì)70年代，理論研究的歷史則更早一些。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CFD所能求解問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，最早是求解簡(jiǎn)化方程控制的跨聲速流動(dòng)，到了80年代初就可以求解二維或三維的Euler方程，隨后Navier-Stokes方程的求解也成為可能。經(jīng)過(guò)本世紀(jì)近十年來(lái)的快速發(fā)展，CFD技術(shù)基本成熟，相應(yīng)的軟件被廣泛的應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶、生物、材料、氣象、海洋以及石油工業(yè)等領(lǐng)域。

在應(yīng)用需求的牽引下，目前大部分CFD軟件都已經(jīng)具有非常友好的人機(jī)交互界面，不僅能夠以一定精度計(jì)算流體運(yùn)動(dòng)控制方程、模擬復(fù)雜的流體流動(dòng)，更能夠通過(guò)一定的可視化技術(shù)顯示所計(jì)算流場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間演化特征。因此，流體力學(xué)本科與研究生教學(xué)中涉及的諸多基本概念、一般規(guī)律和關(guān)鍵問(wèn)題等，都可以結(jié)合CFD軟件進(jìn)行直觀而科學(xué)的探討。

二、基本概念的解釋

在傳統(tǒng)的教科書(shū)中，流體力學(xué)中的基本概念，如流場(chǎng)、梯度、散度、旋度、流線、跡線、點(diǎn)源和偶極子等，常常采用一定的數(shù)學(xué)公式或抽象語(yǔ)言來(lái)描述，這對(duì)學(xué)生理解實(shí)際的流體流動(dòng)問(wèn)題是十分不利的。借助于CFD軟件，上述概念可以采用云圖、矢量圖和等值面等十分直觀的顯示出來(lái)，下面舉例來(lái)說(shuō)明。

標(biāo)量場(chǎng)可采用云圖來(lái)顯示，所謂云圖就是采用不同的顏色對(duì)應(yīng)不同的標(biāo)量數(shù)值。圖1所示為利用云圖顯示噴管流場(chǎng)中馬赫數(shù)的分布情況，其中黑色到白色的漸變表示馬赫數(shù)從0.1變化到5.0。由噴管內(nèi)部流場(chǎng)中顏色的分布可以看出，噴管內(nèi)部馬赫數(shù)從左到右是一直增加的。這樣一種顯示方法不僅直觀的顯示了什么是流場(chǎng)，更從物理上說(shuō)明了流場(chǎng)中馬赫數(shù)的變化規(guī)律。

由于矢量既有大小又有方向，矢量場(chǎng)不能像標(biāo)量場(chǎng)那樣僅僅以顏色的變化來(lái)區(qū)分。在CFD中矢量一般用具有一定長(zhǎng)度的箭頭來(lái)表示，箭頭的方向?qū)?yīng)矢量的方向，箭頭的長(zhǎng)度代表矢量的大小。圖2所示為噴管內(nèi)部速度矢量場(chǎng)，由圖可以看出流場(chǎng)中每個(gè)點(diǎn)處的速度相對(duì)大小和方向，很直觀的表示了噴管內(nèi)部氣體逐漸加速的過(guò)程。圖3所示為噴管內(nèi)部流線，每條曲線表示定常流動(dòng)條件下流體質(zhì)點(diǎn)在噴管中的運(yùn)動(dòng)軌跡，同樣直觀的表現(xiàn)了噴管的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

在流體力學(xué)教學(xué)中經(jīng)常會(huì)從簡(jiǎn)化的模型出發(fā)，討論理想狀態(tài)下的流動(dòng)問(wèn)題，如點(diǎn)源、偶極子等的流動(dòng)。這種流場(chǎng)在現(xiàn)實(shí)中是不存在的，通過(guò)電磁學(xué)或其他方式類比來(lái)顯示相應(yīng)的結(jié)構(gòu)往往也不夠直觀。借助于CFD軟件則可以很容易地通過(guò)求解簡(jiǎn)化的控制方程，得到理想狀態(tài)下的流場(chǎng)，然后通過(guò)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維、動(dòng)態(tài)的流動(dòng)演示。隨著CFD技術(shù)的越來(lái)越成熟，大部分流體力學(xué)教學(xué)中涉及的基本概念、假設(shè)等，均可以通過(guò)CFD可視化的方式展現(xiàn)給學(xué)生，改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

三、流體力學(xué)基本物理現(xiàn)象的演示

CFD軟件是通過(guò)求解不同初、邊值條件下的流動(dòng)控制方程來(lái)研究流體運(yùn)動(dòng)特征，能夠客觀地反映流體運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律。因此，在流體力學(xué)教學(xué)中，很多關(guān)鍵物理現(xiàn)象，如邊界層、激波、射流、混合層、卡門渦街等，也可以通過(guò)CFD技術(shù)進(jìn)行分析，并通過(guò)可視化的方式展現(xiàn)給學(xué)生。

在流體粘性的作用下，繞流物體表面一般都會(huì)存在緊貼物面非常薄的一層區(qū)域，這層區(qū)域被稱為邊界層。邊界層概念的提出是流體力學(xué)發(fā)展史上里程碑式的事件[3]，然而在流體力學(xué)教學(xué)中往往很難把邊界層的重要性講清楚。借助于CFD軟件，可以直觀地觀察水流、氣流中邊界層的形成過(guò)程及其差別，通過(guò)顯示邊界層速度剖面的形狀解釋邊界層如何影響流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。從圖中可以很明顯地看出壁面附近氣流速度的降低，體現(xiàn)了氣體的粘性效應(yīng)在近壁附近的作用。

激波是超聲速流動(dòng)中廣泛存在的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)[4]，采用CFD技術(shù)可以模擬各種類型的物體繞流，顯示對(duì)應(yīng)的正激波、斜激波和弓形激波等現(xiàn)象，從不同的角度加深學(xué)生對(duì)激波這一物理現(xiàn)象的理解。射流、混合層和卡門渦街同樣可以通過(guò)適當(dāng)?shù)腃FD技術(shù)模擬，甚至可以顯示其中非常精細(xì)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。圖5所示為混合層渦結(jié)構(gòu)的CFD數(shù)值模擬結(jié)果，由圖可以看出混合層流動(dòng)的失穩(wěn)過(guò)程，類似的數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)流體力學(xué)專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生教學(xué)是大有助益的。

四、流體力學(xué)應(yīng)用問(wèn)題分析

在流體力學(xué)專業(yè)的研究生教學(xué)中，常常會(huì)涉及生物流體力學(xué)、飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)、環(huán)境流體力學(xué)、化工流體力學(xué)、汽車空氣動(dòng)力學(xué)等一系列應(yīng)用流體力學(xué)課程。CFD軟件在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用為這些課程的教學(xué)提供了大量的素材。圖6、圖7和圖8所示為鰻魚(yú)[5]、高超聲速飛行器和F1賽車?yán)@流流場(chǎng)的CFD數(shù)值模擬結(jié)果，從中可以分析繞流物體的流動(dòng)和受力特征，探索隱藏在背后的物理規(guī)律，加深學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解。

五、小結(jié)

CFD軟件在流體力學(xué)課程教學(xué)中有著非常廣泛的應(yīng)用前景，本文以具體實(shí)例展示了CFD軟件在流體力學(xué)基本概念解釋、基本物理現(xiàn)象演示和應(yīng)用問(wèn)題分析方面的關(guān)鍵作用。通過(guò)在教學(xué)中恰當(dāng)?shù)膽?yīng)CFD軟件，可以有效地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]J. K. Gilbert，M. Reiner，M，Nakhleh，Visualization：Theory and Practice in Science Education，Springer Science+Business Media B.V. 2008.

[2]J. H. Spurk，N. Aksel. Fluid Mechanics，Springer-Verlag Berlin Heidelberg，2008.

[3]G. E.A. Meier，K. R. Sreenivasan，IUTAM Symposium on One Hundred Years of Boundary Layer Research，Springer，2006.

篇8

關(guān)鍵詞：航天器；軌道發(fā)射；衛(wèi)星

中圖分類號(hào)：V412.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0248-01

1 現(xiàn)代航天發(fā)射衛(wèi)星的基本原理

現(xiàn)代航天器發(fā)射基本采用三級(jí)運(yùn)載火箭方式，其中一級(jí)火箭可以在發(fā)射后120至160秒的時(shí)間內(nèi)將二級(jí)＼三級(jí)火箭以及衛(wèi)星（以下簡(jiǎn)稱航天組合體）推送出大氣層，然后與航天組合體脫離，昂貴的一級(jí)火箭墜落大海成為殘骸。

2 存在的主要問(wèn)題

以5號(hào)運(yùn)載火箭為例，火箭總重834噸，一級(jí)火箭重784噸，占總發(fā)射重量的90%以上；而火箭最大任務(wù)載荷僅有23噸。由于發(fā)射方式的低效，導(dǎo)致發(fā)射衛(wèi)星非常昂貴；低軌道小型衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用在2000萬(wàn)美元以上，高軌道大型衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用則可達(dá)到數(shù)億美元，其中一級(jí)火箭可占到總發(fā)射費(fèi)用的80%以上。美國(guó)SpaceX公司“獵鷹9號(hào)”火箭的制造成本高達(dá)6000萬(wàn)美元，燃料成本僅為20萬(wàn)美元。通常太空公司的每一次發(fā)射任務(wù)，都需要花費(fèi)數(shù)千萬(wàn)美元生產(chǎn)全新火箭。如果能找到一種廉價(jià)可靠的發(fā)射方式替代目前的三級(jí)運(yùn)載火箭中的第一級(jí)，將為人類開(kāi)辟進(jìn)入太空的捷徑。

3 美國(guó)人的解決思路

美國(guó)SpaceX公司提出了一級(jí)火箭在完成發(fā)射任務(wù)后通過(guò)動(dòng)態(tài)控制成功落回地面的回收技術(shù)，希望能達(dá)到一級(jí)火箭安全回收的目的，然后只需對(duì)一級(jí)火箭進(jìn)行翻修，重復(fù)灌入燃料，即可執(zhí)行多次發(fā)射任務(wù)，從而大大降低火箭的發(fā)射成本。但究竟能降低多少成本呢？且不說(shuō)火箭回收是一件高風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)。從理論上講，“獵鷹9號(hào)”在飛行時(shí)經(jīng)歷了大幅的溫度變化，而且要承受極高的壓力和振動(dòng)等環(huán)境中的諸多極端因素的影響。這些因素都會(huì)對(duì)火箭本身造成磨損，所以，回收之后的火箭或許需要進(jìn)行維修和更新，才能再次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。翻修火箭引擎往往成本高昂。如果翻修時(shí)間太長(zhǎng)，SpaceX就無(wú)法頻繁地發(fā)射。從以往航天發(fā)射案例中也可看到翻修成本是航天飛機(jī)成本高昂的主要原因之一。航天飛機(jī)使用巨大的一次性燃料箱和兩個(gè)可以重復(fù)使用的火箭助推器完成發(fā)射。一旦完成太空任務(wù)，航天飛機(jī)可以像飛機(jī)一樣在返回地面。航天飛機(jī)的可反復(fù)使用設(shè)計(jì)是為了節(jié)約資金，因?yàn)槌送獠咳剂舷渫?，其他的組件都可以反復(fù)使用。“可惜的是，并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。”美國(guó)宇航局委員會(huì)成員兼航前天飛機(jī)項(xiàng)目主管維恩?海勒（Wayne Hale）表示，“這是一臺(tái)極其復(fù)雜的設(shè)備，需要進(jìn)行大量翻修才能再次升空?！焙教祜w機(jī)的主要引擎經(jīng)過(guò)幾次發(fā)射之后必須更換。這種飛行器還需要在兩次任務(wù)之間展開(kāi)許多檢修。另外，在從海洋中回收之后，其火箭助推器也需要不斷更新，而且每次都要使用新的外部燃料箱?？傮w而言，這將把每次發(fā)射任務(wù)的成本推升到4.5億至15億美元之間。

4 利用軌道發(fā)射衛(wèi)星的基本設(shè)想

解決衛(wèi)星發(fā)射的最重要的是能否不使用一級(jí)火箭，由一種方式將航天組合體加速到一定的高度和速度。

本文認(rèn)為可以采用現(xiàn)代航母電磁彈射飛機(jī)的思路，在長(zhǎng)距離軌道上運(yùn)行裝載航天組合體的列車以常規(guī)動(dòng)力先將航天組合體加速到一定的速度和高度，在軌道末端航天組合體的運(yùn)載火箭點(diǎn)火，與發(fā)射軌道脫離，進(jìn)入太空；運(yùn)載列車反向剎車，逐步返回發(fā)射起點(diǎn)。

具體方式如下：

（1）在一座海拔6000米以上的高山內(nèi)修建一個(gè)長(zhǎng)達(dá)100km的斜坡隧道，內(nèi)部鋪上軌道，軌道末端敞口于山體反斜面，軌道仰角可達(dá)60度，見(jiàn)圖1。

（2）航天組合體先由發(fā)射列車采用電磁推力或航空發(fā)動(dòng)機(jī)以5g到6g均勻加速，在軌道末端，火箭點(diǎn)火脫離軌道進(jìn)入太空。由于軌道長(zhǎng)達(dá)100km，發(fā)射列車可獲得近57秒的運(yùn)行時(shí)間，航天組合體可獲得3400m/s的初始速度和6000m左右的初始高度，這樣只需兩級(jí)火箭就可將衛(wèi)星送入地球軌道。

5 基本理論計(jì)算

根據(jù)齊奧爾科夫斯基的理想火箭推進(jìn)公式

V-V0=Vtln（m0/mk）

式中V為火箭在噴射完全部可噴射物質(zhì)時(shí)的瞬間速度，V0為火箭起飛速度，Vt為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴口氣體噴射速度，mk為火箭結(jié)構(gòu)質(zhì)量，m0為火箭結(jié)構(gòu)質(zhì)量+全部可噴射物質(zhì)。

現(xiàn)代火箭發(fā)射時(shí)，由于V0=0，在現(xiàn)代技術(shù)條件約束下火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴口氣體噴射速度Vt可視為常數(shù)，因此要想獲得更大的飛行速度，只能依靠更大的m0/mk之比。

已知第一宇宙速度為7900m/s，設(shè)Vt為3000m/s；當(dāng)V0=0時(shí)，要求ln（m0/mk）>=（7.9/3），火箭才能達(dá)到第一宇宙速度。此時(shí)不難計(jì)算出m0/mk要達(dá)到14以上。

如果V0=3400m/s，則ln（m0/mk）>=（（7.9-3.4）/3），此時(shí)m0/mk只要達(dá)到4.5以上，就可使火箭達(dá)到第一宇宙速度。如果換算到發(fā)射23噸的衛(wèi)星，則火箭總重只需達(dá)到120噸即可。

6 風(fēng)險(xiǎn)與優(yōu)點(diǎn)

6.1 風(fēng)險(xiǎn)

6.1.1 l射列車的動(dòng)力問(wèn)題

發(fā)射列車的推動(dòng)方式可以選擇的方式包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)推送或電磁彈射為基本方式，現(xiàn)代雙發(fā)重型戰(zhàn)斗機(jī)的重量大約是45噸以上，航空發(fā)動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生使其達(dá)到7～8g加速度的推力，考慮到航天組合體的總重可達(dá)120噸以上，載荷可達(dá)20噸以上，因此使用4-6個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為基本推力是適合的。電磁彈射的優(yōu)點(diǎn)是不用裝載燃油，電能更加便宜且不產(chǎn)生污染，但長(zhǎng)距離電磁彈射技術(shù)較為復(fù)雜，近期難以成熟。

6.1.2 發(fā)射列車的運(yùn)行方式

發(fā)射列車的運(yùn)行方式較為復(fù)雜，由于發(fā)射列車運(yùn)行的末期速度高達(dá)10馬赫，因此如何保證發(fā)射列車在軌道上的平穩(wěn)運(yùn)行是發(fā)射成功的關(guān)鍵。磁懸浮技術(shù)可能是解決問(wèn)題的一個(gè)理想方案。

6.1.3 高速運(yùn)動(dòng)中的火箭發(fā)射技術(shù)

由于火箭在隧道內(nèi)高速奔馳時(shí)，最高速度可達(dá)10馬赫，此時(shí)火箭會(huì)受到巨大的空氣阻力，可以通過(guò)密封隧道并抽成近似真空解決此問(wèn)題；但在火箭從隧道口脫離軌道時(shí)，仍然會(huì)遇到巨大的空氣阻力，如何克服這一阻力是軌道發(fā)射衛(wèi)星必需解決的難題。

6.2 優(yōu)點(diǎn)與前景

采用軌道助推發(fā)射火箭的方式將完全取消一級(jí)運(yùn)載火箭，沒(méi)有火箭回收和翻新火箭的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)射列車在脫離火箭后制動(dòng)剎車，可在完整安全回收后多次使用，加上推進(jìn)動(dòng)力使用電力或燃油動(dòng)力，因此發(fā)射費(fèi)用低廉。

發(fā)射準(zhǔn)備工作快，一次發(fā)射完畢后，只要檢查軌道和發(fā)射列車的技術(shù)狀態(tài)正常就可以進(jìn)行下一次航天發(fā)射。相信在克服具體工程難題后，這一發(fā)射方式將成為今后衛(wèi)星發(fā)射的主要方式。

如果以軌道發(fā)射衛(wèi)星的方式得以實(shí)現(xiàn)，人類將進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)太空的時(shí)代，發(fā)射衛(wèi)星費(fèi)用將大幅降低，建設(shè)新一代空間站甚至太空城都將成為可能；太空旅游也將不再是極少數(shù)富豪的專利，普通人花個(gè)幾十萬(wàn)完成一次太空旅行將成為可能；在太空中組裝前往月球、火星探險(xiǎn)的龐大飛船也將不再是難事。

參考文獻(xiàn)

[1]方群，李國(guó)新.航天飛行動(dòng)力學(xué)[J].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2015.

篇9

航天技術(shù)是研究太空科學(xué)、進(jìn)行資源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的綜合工程技術(shù)，是高技術(shù)密集的尖端科學(xué)技術(shù)［1-2］。航天復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)是保障航天器在軌服役、高速再入和安全返回的關(guān)鍵技術(shù)之一，其涉及高溫和超高溫、強(qiáng)輻射、高真空、微重力等極端環(huán)境，具有顯著的多學(xué)科交叉特點(diǎn)。由于航天復(fù)合材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作條件和服役環(huán)境特殊，與傳統(tǒng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能存在較大的差異。歐美等國(guó)一直把航天復(fù)合材料作為國(guó)家的基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)大力發(fā)展，安排了系列研究［3-4］。近年來(lái)，國(guó)繞新一代飛行器的快速發(fā)展開(kāi)展了新一輪的材料技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)研究，例如X-43A、HTV-2、X-37B、X-51A等飛行器的成功飛行［5-8］，標(biāo)志著國(guó)外熱防護(hù)復(fù)合材料技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了嶄新的發(fā)展階段?？v觀國(guó)內(nèi)外最新航天器的發(fā)展現(xiàn)狀，航天復(fù)合材料總體發(fā)展趨勢(shì)是耐高溫、輕量化、低成本和多功能化，而材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料體系和制備方法創(chuàng)新發(fā)展將在未來(lái)航天復(fù)合材料的發(fā)展中發(fā)揮不可或缺的主導(dǎo)作用。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外航天器輕質(zhì)防熱復(fù)合材料及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，并以新型超輕質(zhì)“霧凇結(jié)構(gòu)”防隔熱復(fù)合材料和充氣式再入減速器熱防護(hù)材料為重點(diǎn)，介紹了近年來(lái)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，最后對(duì)航天復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

2超輕質(zhì)燒蝕型高效防隔熱一體化材料

燒蝕防隔熱材料是經(jīng)典的熱防護(hù)方法，通過(guò)相變和物質(zhì)消耗起到防熱作用，可用于高焓高熱流環(huán)境。尤其是深空探測(cè)航天器以第二宇宙速度再入的熱環(huán)境特征是峰值熱流密度大、焓值高、壓力低和再入時(shí)間長(zhǎng)，要求防熱材料及其構(gòu)件具有低密度、耐高溫、低熱導(dǎo)率、低燒蝕量和高熱阻塞效應(yīng)的特點(diǎn)［9］。針對(duì)深空探測(cè)航天器對(duì)耐超高溫防/隔熱材料一體化材料需求，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)相繼研制出了系列具有“超輕質(zhì)、低熱導(dǎo)率、耐高溫、微燒蝕”熱防護(hù)材料并成功通過(guò)飛行驗(yàn)證。例如美國(guó)阿波羅(Apollo)計(jì)劃采用了AVCOAT熱防護(hù)材料(平均密度為0.55g/cm3)，以酚醛玻璃鋼蜂窩增強(qiáng)環(huán)氧-酚醛、石英纖維和空心微球的結(jié)構(gòu)形式，這種中密度材料40年前成功應(yīng)用于A-pollo熱防護(hù)結(jié)構(gòu)［10-11］。其改進(jìn)型被選為OrionCEV熱防護(hù)材料，改進(jìn)后的Avcoat材料所累積的試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，主要集中于評(píng)價(jià)它與成熟Avcoat材料在性能上的一致性［12］。值得注意的是，近年來(lái)NASAAmes研究中心開(kāi)發(fā)了新一代低密度燒蝕材料即酚醛浸漬碳燒蝕體(PICA)。PICA以FMI公司生產(chǎn)的纖維狀碳基隔熱材料為增強(qiáng)體，浸漬酚醛樹(shù)脂而成，密度為0.24～0.32g/cm3，成功用于高速再入的星塵號(hào)試樣返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)中，經(jīng)受了峰值熱流密度12MW/m2、總加熱量365MJ/m2的再入熱環(huán)境［13-19］。PICA曾是OrionCEV除改進(jìn)型Avcoat外的TPS候選材料，還作為MSL的迎風(fēng)面防熱材料成功登陸火星［20］，并作為主要防熱方案應(yīng)用于SpaceX公司龍飛船熱防護(hù)系統(tǒng)，這種新型輕質(zhì)防/隔熱材料曾被評(píng)為2007年美國(guó)宇航局年度發(fā)明獎(jiǎng)［21］，密度僅為傳統(tǒng)隔熱材料的1/5，能瞬時(shí)抵抗高達(dá)2700℃的高溫，是集耐燒蝕-承載-隔熱于一體的新一代熱防護(hù)材料［22］。而國(guó)內(nèi)目前通過(guò)探月三期再入返回飛行試驗(yàn)器的“半彈道跳躍式再入”方式返回地球，驗(yàn)證了由月球高速再入情況下的中密度防熱材料與技術(shù)，但對(duì)這類纖維狀基體增強(qiáng)樹(shù)脂類超輕質(zhì)燒蝕材料的研究還處于初期階段，既沒(méi)有形成完備的材料體系，更沒(méi)有完成驗(yàn)證飛行的報(bào)道。

2.1微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)性能

經(jīng)過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了新型超輕質(zhì)具有“霧凇結(jié)構(gòu)”(圖1(a))防隔熱復(fù)合材料用于極端環(huán)境再入防熱的構(gòu)想，并進(jìn)行了典型熱環(huán)境考核試驗(yàn)。圖1(b)為自制的網(wǎng)絡(luò)碳骨架微觀結(jié)構(gòu)，纖維之間通過(guò)特種玻璃碳相連以提高強(qiáng)度和剛度［23］。通過(guò)自制特種改性酚醛樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)改性，并進(jìn)一步浸漬和充填碳骨架(圖1(c))，制備的碳骨架增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂具有比表面積大、孔隙率高、熱導(dǎo)率和密度低的特點(diǎn)，集燒蝕防熱和隔熱于一體的新型超輕復(fù)合材料。圖2為四種密度的碳粘結(jié)碳纖維骨架材料壓縮測(cè)試的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖中可以看出，碳粘結(jié)碳纖維骨架材料具有“半柔性”材料的特點(diǎn)，其壓縮曲線可分為兩個(gè)階段，在第一階段，壓縮應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加呈近似線性增加達(dá)到最大彈性應(yīng)力(曲線上A點(diǎn)，定義為壓縮強(qiáng)度)，之后曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，應(yīng)力增加的幅度較之前大為減小，且應(yīng)力值出現(xiàn)類似于屈服現(xiàn)象的上下浮動(dòng)，這也表明材料內(nèi)部局部發(fā)生破壞。在平行于壓力方向，壓縮應(yīng)力達(dá)到壓縮強(qiáng)度后隨應(yīng)變?cè)黾涌焖俳档椭敝翍?yīng)變接近30%，而垂直于壓力方向，壓縮應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾悠椒€(wěn)波動(dòng)變化至30%以上。研究了碳纖維骨架的密度與其壓縮強(qiáng)度的關(guān)系，如圖3所示，平行于和垂直于壓力方向的壓縮強(qiáng)度和模量均隨著密度的增強(qiáng)而增大，在平行于壓力方向的壓縮強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)6MPa，垂直于壓力方向的壓縮強(qiáng)度也達(dá)到2MPa以上。

2.2燒蝕性能

地面模擬試驗(yàn)是檢驗(yàn)和驗(yàn)證防熱復(fù)合材料燒蝕性能優(yōu)劣的重要途徑，使用等離子電弧風(fēng)洞模擬試驗(yàn)對(duì)碳骨架增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂防熱復(fù)合材料進(jìn)行了駐點(diǎn)燒蝕考核。電弧風(fēng)洞駐點(diǎn)燒蝕試驗(yàn)考核過(guò)程使用高頻攝像機(jī)所獲取的視頻截圖如圖4所示，發(fā)現(xiàn)燒蝕過(guò)程中材料前表面溫度一致，整個(gè)過(guò)程中均勻燒蝕后退并且沒(méi)有機(jī)械剝蝕出現(xiàn)，燒蝕加熱過(guò)程中防熱材料表面溫度超過(guò)2200℃，經(jīng)過(guò)60s氣動(dòng)加熱后材料的質(zhì)量燒蝕率為0.136g/s，線燒蝕率為0.058mm/s，駐點(diǎn)燒蝕后較好保持了初始的球頭外形，試樣后表面的碳化層完整沒(méi)有溝槽、孔洞等缺陷。從圖6所示的燒蝕后試樣的橫向切片宏觀照片上可見(jiàn)燒蝕過(guò)程和熱沉后，試樣可以分成明顯的碳化反應(yīng)層(或碳化層)、熱解層和原始材料層，而且碳化區(qū)和熱解區(qū)只集中在試樣前端的較小范圍內(nèi)，即試樣背面溫升極低，酚醛樹(shù)脂仍為原始狀態(tài)，表明防熱材料具有優(yōu)越的隔熱性能。通常在高溫?zé)g過(guò)程中，酚醛樹(shù)脂在高溫下與穿過(guò)邊界層進(jìn)入的高速氣流相互作用，樹(shù)脂熱解釋放吸收熱量并且熱解產(chǎn)物注入邊界層對(duì)表面才形成保護(hù)作用，同時(shí)表面形成堅(jiān)固碳化層輻射熱量;亞表層產(chǎn)生的小分子和大分子熱解產(chǎn)物在碳化反應(yīng)層內(nèi)高溫作用發(fā)生二次裂解吸熱并產(chǎn)生大量氣體，同時(shí)在處于高溫下的碳吸熱升華吸收熱量，這些熱解氣體及其反應(yīng)產(chǎn)物和升華碳從材料表面逸出注入邊界層對(duì)輕質(zhì)防隔熱材料起到熱屏蔽作用。酚醛樹(shù)脂熱解層出現(xiàn)的溫度區(qū)間為200～800℃，酚醛受熱分解釋放出熱解氣體得到多孔碳，因此該區(qū)域的主要成分是碳骨架、孔隙、熱解氣體、熱解碳以及這些物質(zhì)相互反應(yīng)得到的氣體產(chǎn)物。處于孔隙中的熱解氣體及反應(yīng)產(chǎn)物隨著氣體量增加、壓力升高會(huì)沿著材料內(nèi)部開(kāi)放孔隙逸出酚醛熱解層，對(duì)多孔酚醛熱解區(qū)起到熱屏蔽作用。原始材料層燒蝕過(guò)程中溫度始終維持在200℃以下，主要吸收機(jī)制為熱容吸熱，由于材料具有“霧凇結(jié)構(gòu)”而表現(xiàn)優(yōu)異的隔熱特性，因此始材料的酚醛幾乎保持制備態(tài)的顏色和微結(jié)構(gòu)。

3充氣式再入減速器熱防護(hù)復(fù)合材料

充氣式再入減速器(簡(jiǎn)稱為充氣減速器)，也稱為充氣式防熱罩［24］。再入過(guò)程中，減速器在大氣層內(nèi)從包裝折疊狀態(tài)到完全展開(kāi)飛行狀態(tài)，經(jīng)歷大氣的自由流、過(guò)度流和連續(xù)流等幾個(gè)階段后，飛行速度由超高聲速逐漸降低到亞聲速，直至滿足著陸要求［25］。充氣式減速器主要功能包括:1)再入防熱:在進(jìn)入大氣層時(shí)承受高超聲速氣動(dòng)熱載荷;2)氣動(dòng)減速:在超聲速和亞聲速狀態(tài)時(shí)通過(guò)氣動(dòng)力減速，達(dá)到著陸速度要求;3)緩沖著陸:在著陸過(guò)程中通過(guò)充氣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)著陸器的著陸緩沖從而安全到達(dá)地面完成回收。充氣式再入減速器具有傳統(tǒng)返回飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)、降落傘減速裝置和著陸緩沖/漂浮系統(tǒng)集成一體的特點(diǎn)，為有效載荷和航天員的應(yīng)急返回提供了一種新的技術(shù)途徑［26］。20世紀(jì)60年代，美國(guó)進(jìn)行了充氣式氣動(dòng)減速系統(tǒng)的研究［27］，但當(dāng)時(shí)單從減速功能考慮，降落傘技術(shù)相對(duì)更為成熟且能滿足當(dāng)時(shí)的要求，所以70年代后，充氣式氣動(dòng)減速裝置的研究基本終止;20世紀(jì)末，隨著輕質(zhì)柔性耐高溫材料技術(shù)的突破，充氣式進(jìn)入降落技術(shù)重新獲得關(guān)注，美國(guó)進(jìn)行了一系列飛行及地面試驗(yàn)［28］;隨著研究深入，發(fā)掘更多潛在的應(yīng)用需求，明確了相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)［29］。目前為止，充氣式再入飛行試驗(yàn)(IRVE)共進(jìn)行了三次飛行試驗(yàn)，有成功也有失敗。2007年，由于火箭問(wèn)題，IRVE首飛失?。?6］。2009年8月，IRVE-2獲得成功，飛行高度達(dá)211km［27］。2012年7月，IRVE-3發(fā)射升空，從451km高度開(kāi)始下落，IRVE-3承受比IRVE-2更劇烈的氣動(dòng)熱載荷，并驗(yàn)證了利用移動(dòng)質(zhì)心產(chǎn)生升力的技術(shù)，試驗(yàn)獲得完全成功［32-33］。NASA發(fā)射的IRVE-3采用Nextel440BF-20作為外層防護(hù)，隔熱層為Pyrogel3350，氣密層為Kapton/Kevlar/Kapton［33］。NASA提出了Nomex-Viton結(jié)合的熱防護(hù)復(fù)合材料以及超薄的新型陶瓷防護(hù)高輻射涂層PPC，可經(jīng)受－120～1650℃的溫度［34］。單面或雙面涂覆的對(duì)位芳綸纖維、芳香族聚酯纖維以及ILC纖維也成功應(yīng)用于IRVE防熱系統(tǒng)［30-32］。日本JAXA研制了一種新型硅橡膠薄膜與ZYLON纖維復(fù)合材料［35］，ESA和俄羅斯在IRDT中研制的具有燒蝕特性的預(yù)浸二氧化硅纖維織物可以有效防止熱流傳入柔性充氣殼中［35-36］。根據(jù)可折疊展開(kāi)柔性TPS服役環(huán)境要求［37］，通常防熱材料設(shè)計(jì)由三部分組成［38］:1)防熱層，由特種陶瓷纖維組織，如具有耐高溫和優(yōu)異的高溫?zé)岱€(wěn)定性的Nextel系列［39］;2)隔熱層，主要由纖維增強(qiáng)氣凝膠組成，根據(jù)密度要求，可以調(diào)控柔性纖維增強(qiáng)氣凝膠材料的厚度、密度和熱導(dǎo)率;3)氣體阻隔層，主要由聚酰亞胺薄膜或凱芙拉纖維組成(如圖7和8所示)［37-38］?？烧郫B展開(kāi)柔性TPS的厚度較薄(～10mm)［40］，這對(duì)TPS的耐熱和隔熱性能提出了苛刻的要求，利用石英燈陣列加熱試驗(yàn)［41］考察了多層TPS的表面和冷面溫升曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)對(duì)于8mm的柔性TPS而言，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間石英燈表面加熱(300s)，表面溫度設(shè)定為1000℃，背面溫度在100s前幾乎沒(méi)有變化，在300s時(shí)最高溫度為210℃，表現(xiàn)出良好的防隔熱特性(圖9所示)。根據(jù)大氣再進(jìn)入任務(wù)工作環(huán)境的特點(diǎn)，可折疊展開(kāi)柔性防熱復(fù)合材料的耐熱性能和力學(xué)性能都面臨比較高的要求，如比重小、強(qiáng)度高、耐沖擊和耐高溫等。目前，美國(guó)和俄羅斯［43］在該項(xiàng)材料技術(shù)上已有所突破，但國(guó)內(nèi)相關(guān)的材料的報(bào)道較少，對(duì)于開(kāi)展可折疊展開(kāi)柔性防熱復(fù)合材料的研究應(yīng)首先結(jié)合設(shè)計(jì)方案，對(duì)材料指標(biāo)做充分地論證分析，例如材料的強(qiáng)度、高溫特性和柔韌性等技術(shù)指標(biāo)要求，并且提出高性能防熱材料的研制思路，為徹底攻克材料技術(shù)打下基礎(chǔ)［44］。相比于傳統(tǒng)剛性材料，大尺寸可折疊展開(kāi)柔性TPS對(duì)材料和工藝提出了更高的技術(shù)要求。一方面柔性耐高溫防熱層材料國(guó)內(nèi)目前研究基礎(chǔ)和實(shí)力較弱，難以研制出高溫強(qiáng)度保持率高、抗氧化燒蝕性能優(yōu)異的柔性防熱布［43］;另一方面這類TPS的大面積可折疊柔性展開(kāi)等性能特點(diǎn)對(duì)材料成型工藝(縫補(bǔ)、涂層、折疊儲(chǔ)存等)提出了更加苛刻的要求［44］，需要進(jìn)一步深入開(kāi)展相關(guān)材料成型工藝和控制的基礎(chǔ)研究。

4結(jié)束語(yǔ)

篇10

[關(guān)鍵詞]高強(qiáng)度聚焦超聲；子宮肌瘤消融術(shù)；臨床療效；影響因素

[中圖分類號(hào)] R737.33 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721（2017）01（b）-0070-03

子宮肌瘤是一種良性腫瘤，主要是由于平滑肌及結(jié)締組織構(gòu)成，常見(jiàn)于中年婦女，在婦科腫瘤中的發(fā)生率為20%[1]。由于該病無(wú)體征反應(yīng)，因此該病實(shí)際發(fā)生率較高。外科手術(shù)是該病的主要治療方法，但是傳統(tǒng)開(kāi)腹手術(shù)的復(fù)發(fā)率和并發(fā)癥發(fā)生率較高，對(duì)患者的預(yù)后造成一定影響[2]。因此，文章主要針對(duì)高強(qiáng)度聚焦超聲（high intensity focused ultrasound，HIFU）在子宮肌瘤消融中的臨床效果及影響因素展開(kāi)分析，報(bào)道如下。

1資料與方法

1.1一般資料

選取2014年1～12月我院收治的50例單發(fā)子宮肌瘤患者作為觀察對(duì)象，患者年齡32～56歲，平均（45.2±2.3）歲。本研究通過(guò)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審查，所有患者均知情同意并簽署知情同意書(shū)。排除有HIFU手術(shù)禁忌證的患者；排除合并嚴(yán)重肝腎功能、全身性感染、血液系統(tǒng)疾病的患者。

1.2方法

所有患者均采用HIFU進(jìn)行治療，術(shù)后根據(jù)超聲造影對(duì)患者進(jìn)行臨床療效評(píng)價(jià)，并分析影響HIFU應(yīng)用效果的相關(guān)因素。

本次研究使用的是重慶海扶醫(yī)療企業(yè)生產(chǎn)的HIFU治療系統(tǒng)，可在機(jī)載超聲檢查下指導(dǎo)消融手術(shù)進(jìn)行。換能器直徑為20 cm，焦距為15 cm，頻率為1 mHz。所有患者均在非月經(jīng)期進(jìn)行手術(shù)治療，術(shù)中保持仰臥位，水囊介質(zhì)為脫氣水，治療過(guò)程中水囊水位需要保持在40 cm以上，并將水溫控制在10℃以下，有助于降低下腹皮膚溫度，避免皮膚燙傷[3]。將生理鹽水加熱后充盈膀胱[4]，將聲窗適配球置于患者下腹與換能器之間的位置，并將腸道推擠至頭側(cè)聲道外[5]。首先采用矢狀位對(duì)肌瘤進(jìn)行掃描，以左右相鄰面間隔為5 mm進(jìn)行適形治療，輸出功率為300～400 W，采用脈沖能量進(jìn)行治療。消融過(guò)程中根據(jù)患者的反應(yīng)以及肌瘤的灰度變化調(diào)整輸出功率和治療強(qiáng)度[6]。

1.3觀察指標(biāo)

子宮肌瘤消融術(shù)療效判斷標(biāo)準(zhǔn)[7]如下，痊愈：肌瘤及臨床癥狀完全消失；顯效：B超檢查，肌瘤體積縮小>50%，臨床癥狀明顯好轉(zhuǎn)；有效：肌瘤體積縮小20%～50%，臨床癥狀有所好轉(zhuǎn)；無(wú)效：肌瘤體積縮小

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，以P

2結(jié)果

2.1 HIFU在子宮肌瘤消融術(shù)中的臨床療效

本次50例患者中，治療顯效28例（56.0%），有效20例（40.0%），無(wú)效2例（4.0%）。

2.2影響HIFU在子宮肌瘤消融術(shù)中的相關(guān)因素分析

子宮肌瘤消融術(shù)治療顯效及有效患者的年齡、靶皮距、肌瘤位置、肌瘤類型、肌瘤體積與無(wú)效患者比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

3討論

子宮肌瘤雖然是良性腫瘤，發(fā)病原因?yàn)槠交〖?xì)胞增生[8]。但其可能對(duì)患者生育功能造成一定的影響，因此，需要盡早治療，保障患者的生育功能[9]。傳統(tǒng)開(kāi)腹手術(shù)具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但是其具有對(duì)患者造成損傷大、術(shù)中出血量多且術(shù)后感染率高等問(wèn)題[10]，容易影響患者的預(yù)后情況[11]。隨著消融技術(shù)的不斷發(fā)展，HIFU在子宮肌瘤消融術(shù)中具有較高的應(yīng)用效果，具有療效顯著、疼痛小的優(yōu)勢(shì)，并且在大量臨床研究中得到了證實(shí)[12-13]。本次研究中，50例患者中顯效28例（56.0%），有效20例（40.0%），無(wú)效2例（4.0%），治療有效率超過(guò)95.0%，說(shuō)明其在單發(fā)肌瘤中具有較好的消融效果。HIFU是利用物理熱能治療，通過(guò)將高頻率超聲聚焦在子宮肌瘤上，利用高強(qiáng)度超聲的聚焦起到破壞病變組織的效果[14]，使局部組織壞死、脫落。而壞死、脫落組織會(huì)被機(jī)體排出體外，進(jìn)而達(dá)到消除子宮肌瘤的效果，其中超聲有消毒殺菌、切削作用[15]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及醫(yī)療水平的不斷提升，子宮肌瘤的臨床治療已經(jīng)從傳統(tǒng)手術(shù)治療轉(zhuǎn)變?yōu)槲?chuàng)手術(shù)、介入手術(shù)以及藥物治療轉(zhuǎn)變，醫(yī)生在選擇治療方案的同時(shí)，需要結(jié)合患者的實(shí)際情況選擇合適的治療方法，同時(shí)結(jié)合醫(yī)師對(duì)治療方法的熟練度進(jìn)行選擇[16]。聚焦超聲最早于20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用于臨床治療中，有研究者在帕金森綜合征治療的研究中嘗試使用動(dòng)物進(jìn)行大腦皮層及皮層下區(qū)聚焦超聲，并取得了一定的成果。20世紀(jì)以來(lái)，影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展為聚焦超聲的應(yīng)用提供了較好的前提條件，人們對(duì)微創(chuàng)技術(shù)的追求，促使聚焦超聲技術(shù)不斷發(fā)展[17]。聚焦超聲技術(shù)已經(jīng)被納入WHO治療各種腫瘤的臨床方法之一，并且在臨床中表現(xiàn)出了較好的應(yīng)用效果。截至2015年，全世界已有超過(guò)20萬(wàn)例腫瘤患者采用聚焦超聲技術(shù)進(jìn)行治療，并取得了顯著的臨床療效，目前被廣泛應(yīng)用于肝癌、乳腺癌、骨腫瘤、子宮肌瘤等實(shí)性腫瘤的臨床治療中，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。HIFU作為一種物理療法，主要適用于肌瘤熱切除，能夠保護(hù)患者子宮的完整性，并且對(duì)卵巢功能無(wú)較大影響[18]。其主要利用超聲波的透射性，將體外低能量超聲波在肌瘤深部聚集，從而產(chǎn)生瞬態(tài)高溫效應(yīng)，使得蛋白質(zhì)出現(xiàn)不可逆損傷，從而凝固、壞死，達(dá)到消除肌瘤的目的，并且超聲波聚焦之外的組織和細(xì)胞基本不會(huì)受到影響，具有較高的定向性和安全性，并且愈合迅速，能夠提高患者的生活質(zhì)量。有學(xué)者曾對(duì)前列腺癌患者行HIFU手術(shù)治療，治療后發(fā)現(xiàn)病灶區(qū)域最高溫度為95.5℃，且呈現(xiàn)凝固性壞死，與周圍正常組織有明顯的界限，同時(shí)周圍區(qū)域溫度無(wú)明顯變化。聚焦超聲對(duì)靶區(qū)內(nèi)腫瘤細(xì)胞造成了不可逆性損傷，能夠有效破壞子宮肌瘤的組織結(jié)構(gòu)，從而保護(hù)患者子宮的完整性，減少對(duì)患者生育能力的破壞。聚焦超聲技術(shù)的不斷進(jìn)步使得子宮肌瘤的臨床治療進(jìn)入了新時(shí)代，成為臨床研究的熱門課題。

本次研究通過(guò)因素分析法發(fā)現(xiàn)，年齡、靶皮距、肌瘤位置、肌瘤類型、肌瘤體積與HIFU臨床效果有一定的關(guān)系，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

綜上所述，HIFU在子宮肌瘤消融治療中具有較好的應(yīng)用效果，但年齡、靶皮距、肌瘤位置、肌瘤類型、肌瘤體積對(duì)HIFU的應(yīng)用效果有一定的影響，可以通過(guò)增效劑的應(yīng)用提高聚焦超聲的應(yīng)用效果。

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