《航空概論》課件-第6章

第6章飛行器的發(fā)展概況6.1飛機(jī)和直升機(jī)6.2導(dǎo)彈6.3航天器6.4火箭6.5航天飛機(jī)和空天飛機(jī)思考題與習(xí)題

6.1飛機(jī)和直升機(jī)

6.1.1軍用飛機(jī)

1．戰(zhàn)斗機(jī)第四代戰(zhàn)斗機(jī)是正在發(fā)展中的新一代戰(zhàn)斗機(jī)，具有超聲速巡航能力、過失速機(jī)動(dòng)能力、隱身能力、多目標(biāo)跟蹤和攻擊能力、良好的維護(hù)性和短距起落能力。目前，世界上最典型的第四代戰(zhàn)斗機(jī)是美國的F/A-22“猛禽”飛機(jī)。它性能優(yōu)越，可以以Ma＝1.5巡航，具有較強(qiáng)的超視距作戰(zhàn)能力和近距格斗能力、良好的隱身能力、先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)和先進(jìn)中距空空導(dǎo)彈。

2．轟炸機(jī)

在第二次世界大戰(zhàn)中，采用轟炸機(jī)轟炸一直是從空中進(jìn)攻的主要手段。當(dāng)時(shí)轟炸機(jī)的升限約為10

000m，航程不到8000km。20世紀(jì)50年代以后，高亞聲速噴氣式轟炸機(jī)開始服役。20世紀(jì)50年代末到60年代初，又有了超聲速中程轟炸機(jī)。這個(gè)時(shí)期的轟炸機(jī)在戰(zhàn)術(shù)使用上沒有根本性的變化，但是在速度、高度和載彈量方面都有很大的提高。

1989年7月，美國的B-2隱身轟炸機(jī)首次試飛，這是一種比B-1B轟炸機(jī)更先進(jìn)的遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)。B-2轟炸機(jī)是機(jī)翼和機(jī)身完全融為一體的飛翼，如圖6-1所示。這種布局十分有利于隱身設(shè)計(jì)，在氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)效率上均比常規(guī)布局的優(yōu)勢大。B-2轟炸機(jī)除了采用與F-22戰(zhàn)斗機(jī)相同的隱身措施以外，還具有其他一些不同的特點(diǎn)。

圖6-1

B-2隱身遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)的外形示意

3．預(yù)警機(jī)

圖6-2是預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)探測范圍的示意圖。從圖中可以看出，由于地球表面曲率的影響，飛機(jī)上的雷達(dá)探測距離要比軍艦上的雷達(dá)探測距離大得多。

美國的E-3A預(yù)警指揮機(jī)，是在波音707-320B旅客飛機(jī)的基礎(chǔ)上改制而成的，它最大的特征就是在機(jī)背上馱著一個(gè)大圓盤。這就是遠(yuǎn)距離大型搜索雷達(dá)旋轉(zhuǎn)天線罩，直徑為9.1m，厚度為1.8m。機(jī)艙內(nèi)裝有大量電子設(shè)備，主要有脈沖多普勒雷達(dá)、敵我識別器、計(jì)算機(jī)、慣導(dǎo)系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備等。E-3A飛機(jī)能夠在9140m巡航高度上連續(xù)飛行11.5h，對中、高空目標(biāo)的探測距離為600km，對低空目標(biāo)的探測距離為350km，可以探測、跟蹤600個(gè)目標(biāo)，同時(shí)可以引導(dǎo)100架飛機(jī)對來襲目標(biāo)進(jìn)行攔截。

圖6-2預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)探測范圍的示意

6.1.2民用飛機(jī)

民用飛機(jī)是指非軍事用途的飛機(jī)，包括用于商業(yè)飛行的運(yùn)輸機(jī)和通用航空中使用的各種飛機(jī)。運(yùn)輸機(jī)包括旅客機(jī)、貨機(jī)和客貨混裝的飛機(jī)；通用航空中使用的飛機(jī)在性能、重量方面的差異很大，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括公務(wù)飛機(jī)、通勤飛機(jī)、農(nóng)業(yè)飛機(jī)、體育運(yùn)動(dòng)機(jī)、多用途輕型飛機(jī)、娛樂用的超輕型飛機(jī)等。

1．高亞聲速旅客機(jī)

美國的波音747飛機(jī)是世界上第一款寬體遠(yuǎn)程旅客機(jī)，如圖6-3所示。它的機(jī)翼下吊裝有四臺大推力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)翼為下單翼，其四分之一弦線后掠角為37.5°，展弦比為7。為了縮短起降滑跑距離，機(jī)翼有高效率的增升裝置，即每側(cè)機(jī)翼前緣有十段前緣襟翼和三段克魯格襟翼，后緣有2個(gè)三縫襟翼。另外，在機(jī)翼后緣還裝有外側(cè)低速副翼和內(nèi)側(cè)高速副翼。

在機(jī)翼和機(jī)身內(nèi)共裝有7個(gè)整體油箱，機(jī)身內(nèi)有很大的密封客艙，其最大寬度6.13m，最大高度2.54m，長度59.39m。機(jī)身為普通半硬殼式鋁合金結(jié)構(gòu)，地板為鋁合金面板泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)。機(jī)翼和尾翼都為鋁合金梁式結(jié)構(gòu)，而舵面和副翼為鋁合金骨架和玻璃鋼蜂窩蒙皮，三縫襟翼為鋁合金蜂窩蒙皮骨架結(jié)構(gòu)。五支柱收放式起落架，即前起落架為兩輪，主起落架為4個(gè)四輪小車，兩個(gè)并列在機(jī)身下，另外兩個(gè)裝在機(jī)翼下，為油氣式減震器，全部18個(gè)機(jī)輪都是無內(nèi)胎型。

圖6-3波音747旅客機(jī)的寬機(jī)身結(jié)構(gòu)

2．超聲速民航機(jī)

第一代超聲速民航機(jī)是20世紀(jì)70年代中期投入使用的英國和法國聯(lián)合研制的“協(xié)和”號旅客機(jī)，以及蘇聯(lián)研制的“圖-114”旅客機(jī)。

6.1.3特殊飛機(jī)

1．垂直起落飛機(jī)

垂直起落飛機(jī)是能垂直或者接近垂直起飛和著陸的飛機(jī)。垂直起落飛機(jī)通常也可以短距(在很短的距離內(nèi))起落，這時(shí)飛機(jī)的起飛質(zhì)量可以增加，因而通常稱它為垂直、短距起落飛機(jī)。常規(guī)作戰(zhàn)飛機(jī)有一個(gè)很致命的弱點(diǎn)，即機(jī)場跑道如果被敵方破壞，飛機(jī)將無法升空作戰(zhàn)；而一旦戰(zhàn)爭爆發(fā)，機(jī)場是最容易受到攻擊的。垂直起落飛機(jī)卻沒有這一顧慮，它既可以像直升機(jī)那樣起飛和著陸，又具有固定翼飛機(jī)的速度和攻擊能力，特別適合渡海登陸作戰(zhàn)。

圖6-4是英國的“鷂”式戰(zhàn)斗機(jī)的工作原理圖。它是世界上第一種可以垂直起落的戰(zhàn)斗機(jī)，它裝備的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)有兩對帶葉柵的旋轉(zhuǎn)噴口，分別設(shè)置在機(jī)身兩側(cè)的飛機(jī)重心前后。前噴口噴出風(fēng)扇氣流，后噴口噴出燃?xì)饬?，每個(gè)噴口都可以轉(zhuǎn)0°～98.5°。飛機(jī)垂直起降時(shí)，噴口轉(zhuǎn)向下方，發(fā)動(dòng)機(jī)向下噴氣，產(chǎn)生向上的升力；正常飛行時(shí)，噴口轉(zhuǎn)向后方，發(fā)動(dòng)機(jī)向后排氣，為飛機(jī)提供向前的推力。由于垂直起落時(shí)飛機(jī)的前進(jìn)速度接近零，舵面無法對飛機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行控制，因此在機(jī)翼翼尖、機(jī)尾和機(jī)頭均裝有噴氣反作用噴嘴，用于控制飛機(jī)的姿態(tài)和改進(jìn)飛機(jī)失速性能。

圖6-4“鷂”式戰(zhàn)斗機(jī)的工作原理

2．無人駕駛飛機(jī)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)的用途越來越廣泛，并不斷采用新技術(shù)。例如，美國已制造出一種反彈道導(dǎo)彈無人機(jī)，并進(jìn)行了飛行驗(yàn)證，主要用于把敵方戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈擊毀于助推階段。不少無人機(jī)都在不同程度地采用隱身技術(shù)，如美國已研制出“暗星”隱身無人駕駛偵察機(jī)。

3．地效飛機(jī)

地效飛機(jī)是利用地面效應(yīng)提供支承力而飛行的飛機(jī)，又稱地效翼機(jī)或沖翼艇。地效飛機(jī)與氣墊船不同，它必須在有前進(jìn)速度時(shí)才能產(chǎn)生地效作用，所以是動(dòng)升類地效飛行器。地面效應(yīng)能夠增加升力，這是因?yàn)闄C(jī)翼后緣接近地面時(shí)，機(jī)翼下面的氣流被逐漸壅塞，流動(dòng)緩慢，其壓力接近于滯止值，并作用于機(jī)翼的整個(gè)下表面上，使升力增加。另外，在地面效應(yīng)的作用下，不存在下洗氣流，使誘導(dǎo)阻力變得很小。因此，地面效應(yīng)大大地提高了飛機(jī)的升阻比，使飛行所需要的功率減小，承載質(zhì)量或航程增大。據(jù)說，大型地效飛機(jī)所消耗的燃料只是一般旅客機(jī)的五分之一。

蘇聯(lián)在地效飛機(jī)的研制和使用方面，一直處于世界的領(lǐng)先地位。圖6-5是蘇聯(lián)已交付海軍使用的一種大型地效飛機(jī)。

圖6-5“阿塔卡”級地效飛機(jī)的示意

4．太陽能飛機(jī)

太陽能飛機(jī)是以太陽輻射作為推進(jìn)能源的飛機(jī)。圖6-6是“開拓者”號太陽能飛機(jī)。這種飛機(jī)動(dòng)力裝置的工作原理是通過太陽能電池，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，帶?dòng)裝有螺旋槳的直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生拉(推)力，使飛機(jī)前進(jìn)。由于太陽輻射的能量密度小，為了獲得足夠的能量，飛機(jī)上應(yīng)有較大的攝取陽光的表面積，以便鋪設(shè)較多的太陽能電池。

圖6-6“開拓者”號太陽能飛機(jī)

飛機(jī)上沒有方向舵，偏航姿態(tài)的控制是通過電動(dòng)機(jī)的拉力差實(shí)現(xiàn)的。例如，需要右轉(zhuǎn)彎時(shí)，最左的一個(gè)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，順次向右轉(zhuǎn)速逐漸減小，最右的螺旋槳轉(zhuǎn)速最小，甚至停轉(zhuǎn)。在飛行中，機(jī)翼在受到載荷的情況下，會向上彎曲，形成一個(gè)上翹的弧形，猶如一個(gè)很大的上反角，足夠維持其側(cè)滑和滾轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

5．撲翼機(jī)

撲翼機(jī)是指機(jī)翼能像鳥和昆蟲的翅膀那樣上下?lián)鋭?dòng)的重于空氣的航空器，又稱振翼機(jī)。撲動(dòng)的機(jī)翼不僅產(chǎn)生升力，還產(chǎn)生向前的推動(dòng)力。中國春秋時(shí)期就有人試圖制造能飛的木鳥；15世紀(jì)意大利的達(dá)·芬奇繪制過撲翼機(jī)的草圖；1991年加拿大多倫多大學(xué)對“Flapper”撲翼機(jī)模型進(jìn)行了試飛，成功實(shí)現(xiàn)了可控制的持續(xù)飛行；2013年，德國Festo公司以海鷗為原型，研制出了可以自主起飛、盤旋和降落的“SmartBird”撲翼機(jī)。

此外，國內(nèi)外以其他昆蟲為原型而研制的撲翼機(jī)還有許多，如美國AeroViroment公司研制的“NanoHummingbird”蜂鳥撲翼機(jī)、荷蘭戴夫科技大學(xué)研制的仿蒼蠅和蜻蜓飛行原理的“Delfly”撲翼機(jī)、日本東京大學(xué)仿蝴蝶撲翼機(jī)“BTO”、國內(nèi)北航等高校研制的仿生撲翼機(jī)等等，如圖6-7所示。圖6-7各類撲翼機(jī)

6.1.4直升機(jī)

從反裝甲實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)中可以看到，武裝直升機(jī)是反坦克最有效的武器。美國研制的AH-64“阿帕奇”直升機(jī)是當(dāng)今世界上技術(shù)最先進(jìn)的具有全天候、晝夜作戰(zhàn)能力的攻擊直升機(jī)，被稱為“坦克殺手”。

這種直升機(jī)的生存能力也很強(qiáng)，采取了一系列抗毀措施，如座艙選用防彈玻璃；地板上鋪有防彈裝甲；操縱、燃油、液壓、動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)等均裝有防護(hù)層；旋翼上的四根槳葉被打斷兩根或打傷三根仍能短期飛行。

針對上述問題，目前有兩種處理辦法。一是將尾槳包覆起來，稱為涵道尾槳，也就是將有10多個(gè)葉片的尾槳裝在圓筒形的涵道內(nèi)，如圖6-8所示。在法國的“小羚羊”直升機(jī)、“海豚”直升機(jī)上，以及蘇聯(lián)的卡-62直升機(jī)上都成功地安裝了涵道尾槳。但是，它的缺點(diǎn)是懸停時(shí)消耗的功率比普通尾槳大。二是將尾槳取消，稱為環(huán)量控制，是利用機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理設(shè)計(jì)的。也就是在尾梁里面靠前的位置裝有一臺風(fēng)扇，可以向后不斷鼓氣。再在尾梁后部的一側(cè)開1～2條縫隙，風(fēng)扇鼓氣產(chǎn)生的壓縮空氣就會從縫隙中噴出，與旋翼下洗氣流相結(jié)合，從而使氣流速度增大，壓力減小。

尾梁另一側(cè)的氣流速度小而壓力大，從而產(chǎn)生推動(dòng)尾梁的側(cè)向力，去平衡旋翼產(chǎn)生的反作用力矩。另外，在尾梁末端左、右兩側(cè)各開幾個(gè)噴口，其內(nèi)裝有可以控制的使氣流從左側(cè)或右側(cè)噴出的裝置，這樣就可以對直升機(jī)的方向進(jìn)行操縱。這種利用噴氣流取代尾槳的方法，安全性好、振動(dòng)小、噪聲低、操縱效率高，有很大的發(fā)展前途。

圖6-8涵道尾槳

6.2導(dǎo)彈

6.2.1有翼導(dǎo)彈與炮彈相比，有翼導(dǎo)彈的射程遠(yuǎn)、威力大、準(zhǔn)確度高，對目標(biāo)的摧毀概率要高得多。它的飛行原理與構(gòu)造形式都和飛機(jī)比較接近，某些巡航導(dǎo)彈與飛機(jī)相差無幾，不同之處在于導(dǎo)彈是一次性使用的、無人駕駛的武器。

有翼導(dǎo)彈有四個(gè)特點(diǎn)。

其一，有復(fù)雜的制導(dǎo)系統(tǒng)，而氣動(dòng)外形和構(gòu)造比較簡單。由于彈上無人，所以不需要生命保障和生活服務(wù)等設(shè)施；又由于一次性使用，所以不需要降落裝置。

其二，武器系統(tǒng)概念較強(qiáng)。導(dǎo)彈必須與發(fā)射裝置、制導(dǎo)站等組成完整的武器系統(tǒng)，才能發(fā)揮戰(zhàn)斗威力。

其三，可以充分發(fā)揮高速度、大迎角和大機(jī)動(dòng)的潛力。

1．空空導(dǎo)彈

從飛機(jī)上發(fā)射打擊空中目標(biāo)的導(dǎo)彈，稱為空空導(dǎo)彈。按射程分為近距(＜20km)、中距(20～50km)和遠(yuǎn)距(＞50km)空空導(dǎo)彈。到目前為止，空空導(dǎo)彈的發(fā)展大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一代空空導(dǎo)彈可以在轟炸機(jī)自衛(wèi)武器的射程以外，從殲擊機(jī)上發(fā)射將敵方轟炸機(jī)擊毀。這一代空空導(dǎo)彈的最大射程為3.5～8km?，最大飛行Ma為2.5，最大使用高度為15?km。基本上都是采用尾追攻擊，制導(dǎo)方式有雷達(dá)駕束式、紅外被動(dòng)式和雷達(dá)半主動(dòng)式；發(fā)動(dòng)機(jī)都采用單級推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)；戰(zhàn)斗部為破片式，裝紅外或無線電近炸引信和觸發(fā)引信。

圖6-9是美國先進(jìn)的中程空空導(dǎo)彈部位安排圖。它是第三代空空導(dǎo)彈，發(fā)射質(zhì)量為156.5kg，采用中段慣性制導(dǎo)和末段主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)；具有“發(fā)射后不管”的能力，下射、上射、迎頭和尾追攻擊能力，可以識別攻擊多個(gè)目標(biāo)的能力。

圖6-9美國先進(jìn)的中程空空導(dǎo)彈(AIM-120)部位安排

2．地空導(dǎo)彈

從地面發(fā)射攻擊空中飛行目標(biāo)的導(dǎo)彈，稱為地空導(dǎo)彈。按攻擊目標(biāo)的高度分為中高空(10～30km)、低空(3～10km)、超低空(3km以下)地空導(dǎo)彈。它的發(fā)展也經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，一共研制了三代地空導(dǎo)彈。20世紀(jì)50年代發(fā)展的第一代地空導(dǎo)彈，大多屬于高空、中空遠(yuǎn)程導(dǎo)彈，是針對高空遠(yuǎn)程轟炸機(jī)的，一般機(jī)動(dòng)性差，較笨重，地面設(shè)備龐大，目前大都退役。

圖6-10是蘇聯(lián)研制的SA-6“根弗”地空導(dǎo)彈示意圖。它是一種機(jī)動(dòng)式、全天候、中近程、中低空地空導(dǎo)彈，采用了固體火箭沖壓組合式發(fā)動(dòng)機(jī)(簡稱固、沖發(fā)動(dòng)機(jī))。發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)，先點(diǎn)燃助推器藥柱，將導(dǎo)彈加速到Ma=1.5，然后固、沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作，使導(dǎo)彈的飛行速度增加到Ma=2.8，進(jìn)行續(xù)航飛行。由于采用了固、沖這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)，使得導(dǎo)彈的發(fā)射質(zhì)量(550kg)比同樣性能的導(dǎo)彈大大減小。

圖6-10蘇聯(lián)研制的SA-6“根弗”地空導(dǎo)彈示意

3．戰(zhàn)術(shù)空地導(dǎo)彈

戰(zhàn)術(shù)空地導(dǎo)彈是指裝備戰(zhàn)斗轟炸機(jī)或直升機(jī)，攻擊各種地面目標(biāo)，完成各種戰(zhàn)術(shù)使命的導(dǎo)彈，包括反輻射導(dǎo)彈、空地反坦克導(dǎo)彈、一般空地導(dǎo)彈和制導(dǎo)炸彈等。反輻射導(dǎo)彈專門用來攻擊地面和艦載各種雷達(dá)，以及配備雷達(dá)的導(dǎo)彈和高炮陣地等。目前，世界各國的反輻射導(dǎo)彈均采用被動(dòng)雷達(dá)尋的制導(dǎo)，并且不斷改進(jìn)導(dǎo)引頭，采用捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)記憶目標(biāo)位置，提高抗雷達(dá)關(guān)機(jī)能力。一般的空地導(dǎo)彈，執(zhí)行戰(zhàn)場壓制、遮斷以及攻擊縱深高價(jià)值目標(biāo)的任務(wù)。

圖6-11是“幼畜”戰(zhàn)術(shù)空地導(dǎo)彈的外形結(jié)構(gòu)圖。它是美國的第三代戰(zhàn)術(shù)空地導(dǎo)彈，機(jī)動(dòng)性好、發(fā)射距離遠(yuǎn)、制導(dǎo)精度高、使用維護(hù)簡便，獲得了廣泛的應(yīng)用，主要用于攻擊坦克、裝甲車、導(dǎo)彈發(fā)射場、炮兵陣地、鋼筋混凝土掩體和工事，以及通信中心等目標(biāo)。這種導(dǎo)彈共有A～G型七個(gè)型別陸續(xù)投產(chǎn)問世，各型的主要區(qū)別在于使用了三種不同的導(dǎo)引頭和兩種不同的戰(zhàn)斗部。三種導(dǎo)引頭包括電視導(dǎo)引頭、激光半主動(dòng)導(dǎo)引頭和紅外成像導(dǎo)引頭，兩種戰(zhàn)斗部包括聚能爆破型戰(zhàn)斗部和半穿甲爆破殺傷型戰(zhàn)斗部?？梢愿鶕?jù)不同的目標(biāo)特點(diǎn)，選擇不同的導(dǎo)引頭和戰(zhàn)斗部的搭配。

圖6-11美國的“幼畜”戰(zhàn)術(shù)空地導(dǎo)彈的外形結(jié)構(gòu)

4．反艦導(dǎo)彈

反艦導(dǎo)彈是用于打擊水面艦艇的導(dǎo)彈，可以從艦艇上、空中、岸上、水下等不同的場合發(fā)射，目前已發(fā)展到第四代。第一代反艦導(dǎo)彈的速度低、尺寸大、設(shè)備笨重，導(dǎo)彈發(fā)射后發(fā)射艦艇或飛機(jī)不能退出。第二代反艦導(dǎo)彈采用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，自主式制導(dǎo)體制，掠海式彈道飛行和半穿甲爆破型戰(zhàn)斗部。法國的“飛魚”導(dǎo)彈是比較典型的第二代反艦導(dǎo)彈。它采用慣性加主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)，具有“發(fā)射后不管”的作戰(zhàn)能力。導(dǎo)彈在距離海面15?的高度上水平巡航飛行，當(dāng)接近目標(biāo)時(shí)，能降下至2～8

m，實(shí)現(xiàn)掠海面飛行。

這種導(dǎo)彈的質(zhì)量輕，可以裝在小型快艇上，但是射程較近，速度較低。第三代反艦導(dǎo)彈從20世紀(jì)70年代初開始發(fā)展的，多為中、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈。它采用小型化渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，使射程增加到幾百公里，增強(qiáng)了電子對抗能力，采用了一彈多用和模式化的設(shè)計(jì)方法。但是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)僅在為0.7～0.8時(shí)效率最好，因而它的飛行速度仍和第二代相近。

5．現(xiàn)代巡航導(dǎo)彈

大部分航跡處于“巡航”狀態(tài)的導(dǎo)彈稱為巡航導(dǎo)彈，早期稱為飛航式導(dǎo)彈。它的外形與飛機(jī)很相像，一般采用空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，航跡大部分是水平飛行段?，F(xiàn)有的反艦導(dǎo)彈和大部分戰(zhàn)術(shù)空地導(dǎo)彈均屬于巡航導(dǎo)彈，但這里主要是指戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈和部分遠(yuǎn)程戰(zhàn)術(shù)巡航導(dǎo)彈。早期的巡航導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)笨重、精度低、容易遭遇攔截，1958年前后即有大部分退役。20世紀(jì)70年代初，美國和蘇聯(lián)又都開始加緊研制現(xiàn)代巡航導(dǎo)彈，并于20世紀(jì)80年代裝備軍隊(duì)。

圖6-12中國的艦載型C101反艦導(dǎo)彈的外形結(jié)構(gòu)

圖6-13是美國的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈的部位安排圖。它的彈體為模塊式設(shè)計(jì)，除戰(zhàn)斗部、發(fā)動(dòng)機(jī)和制導(dǎo)系統(tǒng)因作戰(zhàn)使命不同而改變外，各種導(dǎo)彈的外形尺寸和內(nèi)部艙段的位置安排均相同。這種導(dǎo)彈為一字形正常式中彈翼平面布局，尾段后串接一無翼式固體助推器，彈身中部裝有一對窄梯形可折疊式直彈翼，彈身腹部裝有一臺渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)及收放式進(jìn)氣斗，尾部裝有十字形可折疊尾翼。

圖6-13美國的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈的部位安排

6．反坦克導(dǎo)彈

反坦克導(dǎo)彈可以從地面或空中直升機(jī)上發(fā)射，攻擊坦克、裝甲車輛、地面防御工事等。反坦克導(dǎo)彈能夠穿透很厚的鋼甲，這是由于在導(dǎo)彈上裝有聚能破甲戰(zhàn)斗部，如圖6-14所示。戰(zhàn)斗部撞擊鋼甲，引信工作，引爆輔助藥柱，從而使主藥柱爆炸；爆炸生成物急速地將金屬藥型罩沿錐形藥槽表面的法線方向壓向軸線，匯聚碰撞形成一股高溫高速的聚能流和金屬射流，射流頭部的速度為7000～9000?m/s。金屬射流的密度大，對鋼甲目標(biāo)的穿透作用更強(qiáng)，比不用金屬藥型罩的大4倍左右。

聚能流的最小截面處為焦點(diǎn)，焦點(diǎn)處爆炸產(chǎn)物的密度和速度最大，穿甲效果最好。在戰(zhàn)斗部的頭部裝有一個(gè)風(fēng)帽，它的作用除了保證導(dǎo)彈具有良好的氣動(dòng)外形以外，還會在使戰(zhàn)斗部碰到目標(biāo)鋼甲后，使鋼甲正好處在聚能流的焦點(diǎn)上。

圖6-14聚能破甲的原理

圖6-15是美國研制的“海爾法”(獄火，AGM-114A)第三代反坦克導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)示意圖。它是一種半主動(dòng)激光制導(dǎo)空地導(dǎo)彈，采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖6-15美國研制的“海爾法”反坦克導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)示意

6.2.2彈道導(dǎo)彈

彈道導(dǎo)彈的飛行軌跡如同炮彈一樣，在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后，按慣性沿著一條橢圓形彈道飛向目標(biāo)，因此而得名。按作戰(zhàn)使命有戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈和戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈之分：戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的射程小于1000km?；戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈按射程的不同可以分為近程、中程、遠(yuǎn)程和洲際四類彈道導(dǎo)彈。近程彈道導(dǎo)彈的射程為1000～2000km，中程彈道導(dǎo)彈的射程為2000～5000km，遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的射程為5000～8000km，洲際彈道導(dǎo)彈的射程為8000～16?000km。

“V-2”導(dǎo)彈是第二次世界大戰(zhàn)末期，德國設(shè)計(jì)和制造的世界上最早的一種彈道式導(dǎo)彈，如圖6-16所示。它的射程為296

km，戰(zhàn)斗部的質(zhì)量為1

t

，發(fā)射質(zhì)量為12.9

t

，空載約為4

t

，主動(dòng)段終點(diǎn)(即發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作之點(diǎn))速度為1600～1700m?/s，彈徑為1.65m，彈長14m，制導(dǎo)方式為方案自動(dòng)控制。

圖6-16“V-2”彈道導(dǎo)彈

1．導(dǎo)彈頭部的分離

“V-2”彈道導(dǎo)彈的彈頭不分離，整個(gè)導(dǎo)彈在返回大氣層時(shí)要承受相當(dāng)大的載荷和氣動(dòng)力加熱，外殼用鋼制成，結(jié)構(gòu)笨重。隨著射程的提高，在被動(dòng)段返回大氣層時(shí)，作用在導(dǎo)彈上的外載荷和氣動(dòng)力加熱更加嚴(yán)重。如果整個(gè)導(dǎo)彈還都按被動(dòng)段的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)就會重得不堪設(shè)想，無法達(dá)到所需要的射程。為此，便設(shè)計(jì)出了頭部可以分離的彈道導(dǎo)彈，如圖6-17所示。

圖6-17頭部可以分離的彈道導(dǎo)彈的構(gòu)造示意

因?yàn)轭^部可以分離，彈頭按被動(dòng)段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而彈體按主動(dòng)段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣，彈體結(jié)構(gòu)就很輕，如去掉推進(jìn)劑艙外殼，而將貯箱做成總體受力式的結(jié)構(gòu)，材料選用鋁合金等，使得導(dǎo)彈的質(zhì)量比減小得比較多，可以達(dá)到更大的速度和更遠(yuǎn)的射程。圖6-18是頭部可以分離彈道導(dǎo)彈的飛行過程示意圖。主動(dòng)段終點(diǎn)時(shí)，頭部與彈體自動(dòng)分離；再入大氣層時(shí)，彈頭上有安定裙，可以保證飛行穩(wěn)定，而彈體在重入大氣層時(shí)燒毀。

圖6-18頭部可以分離彈道導(dǎo)彈的飛行過程示意

2．多彈頭

多彈頭是彈道導(dǎo)彈突防的有效措施，一般有集束式多彈頭、分導(dǎo)式多彈頭和機(jī)動(dòng)式多彈頭三種情況。

(1)集束式多彈頭。集束式多彈頭又稱為“霰彈式多彈頭”，由母艙(又稱“母彈頭”)和子彈頭組成。通常，在一個(gè)母艙內(nèi)，集中捆綁了幾個(gè)子彈頭，當(dāng)它們與彈體分離之后，拋掉母艙上的整流罩，將子彈頭釋放出去。子彈頭的飛行彈道互相靠得比較近，彈著點(diǎn)形成一個(gè)幾公里到幾十公里的散布面，如圖6-19所示。集束式多彈頭的命中精度差，只適宜打擊大城市那樣的面目標(biāo)，對于摧毀導(dǎo)彈發(fā)射井一類的硬點(diǎn)目標(biāo)，卻無能為力。

圖6-19集束式多彈頭的飛行彈道示意

(2)分導(dǎo)式多彈頭。分導(dǎo)式多彈頭是集束式多彈頭的發(fā)展，它的母彈頭裝有推進(jìn)系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)，而子彈頭上沒有。圖6-20是母彈頭的結(jié)構(gòu)示意圖。母彈頭與彈體分離后，可以作機(jī)動(dòng)飛行，在不同的高度、速度和方位上逐個(gè)釋放子彈頭。各子彈頭可以分別攻擊不同的目標(biāo)，也可以沿著不同的方向去攻擊同一個(gè)目標(biāo)，如圖6-21所示。分導(dǎo)式多彈頭的特點(diǎn)是：子彈頭的分布空域大，兩子彈頭的落點(diǎn)間距可以達(dá)到幾百甚至上千公里；同時(shí)還可以投放誘鉺，因此突防能力較強(qiáng)；由于每次投放導(dǎo)彈都要對速度和方位進(jìn)行微調(diào)，以修正誤差，因此可以提高命中精度。但是，子彈頭被釋放后，仍沿慣性彈道飛向目標(biāo)，容易被敵方攔截。另外，核彈頭越小，核材料利用越不充分。

圖6-20分導(dǎo)式多彈頭的母彈頭結(jié)構(gòu)示意圖6-21分導(dǎo)式多彈頭的飛行彈道示意

(3)機(jī)動(dòng)式多彈頭。機(jī)動(dòng)式多彈頭又稱“全導(dǎo)式多彈頭”，它的母彈頭和子彈頭都裝有推進(jìn)系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)，都可以作機(jī)動(dòng)飛行，實(shí)際上就是在彈頭分導(dǎo)的基礎(chǔ)上加末制導(dǎo)。子彈頭可以以彈道式的軌跡機(jī)動(dòng)飛行，也可以平飛滑翔，也可以突然躍起然后俯沖飛向目標(biāo)，如圖6-22所示。這種子彈頭的突防能力很強(qiáng)，敵方的反導(dǎo)彈系統(tǒng)很難對它進(jìn)行攔截。另外，由于各子彈頭加上了精確的末制導(dǎo)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)尋找和瞄準(zhǔn)目標(biāo)，大大提高了命中精度。

圖6-22機(jī)動(dòng)式多彈頭的飛行彈道示意

3．戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈動(dòng)力裝置和制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展概況

在動(dòng)力裝置方面，戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈是從可貯存液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)過渡的。美國現(xiàn)役戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈已全部采用了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)；俄羅斯除了較先進(jìn)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈繼續(xù)服役以外，SS-13(洲際)、SS-20(中程)、SS-N-17(潛射中程)等戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈都采用了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是最新一代洲際戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈SS-24和SS-25，全都采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖6-23是美國研制的MX洲際導(dǎo)彈第三級發(fā)動(dòng)機(jī)噴管可延伸出口錐的構(gòu)造圖。在氣壓作動(dòng)器的操縱下，兩個(gè)錐段向后移動(dòng)后，變成一個(gè)大噴管，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖增加5.6%。有了可延伸出口錐，2級到3級級間段的長度就短得多。20世紀(jì)70年代末，美國使用碳-碳復(fù)合材料制造的活動(dòng)噴管性能優(yōu)良，質(zhì)量可以減輕35%。

圖6-23噴管可延伸出口錐的構(gòu)造

6.2.3反彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈系統(tǒng)

反彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈系統(tǒng)是攔截?cái)撤絹硪u的彈道導(dǎo)彈的武器系統(tǒng)(又稱彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng))，包括彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)、目標(biāo)識別系統(tǒng)、反彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈、引導(dǎo)系統(tǒng)和指揮控制通信系統(tǒng)。到目前為止，只有美國和俄羅斯部署了反彈道導(dǎo)彈防御武器系統(tǒng)。美國有“衛(wèi)兵”反彈道導(dǎo)彈防御武器系統(tǒng)，俄羅斯有ABM-1和ABM-X-3反彈道導(dǎo)彈防御武器系統(tǒng)。

美國的“衛(wèi)兵”反彈道導(dǎo)彈防御武器系統(tǒng)是1975年10月完成部署的，1976年2月宣布關(guān)閉。這是一種雙層攔截的反彈道導(dǎo)彈導(dǎo)彈系統(tǒng)，由一部遠(yuǎn)程搜索雷達(dá)、一部導(dǎo)彈場地雷達(dá)、四個(gè)遙控發(fā)射場(包括導(dǎo)彈反射井)和攔截導(dǎo)彈組成。圖6-24是彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的示意圖。

圖6-24彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的示意

6.3航天器

6.3.1航天器的基本系統(tǒng)航天器由功能不同的若干分系統(tǒng)組成，一般有專用系統(tǒng)和保障系統(tǒng)。專用系統(tǒng)用于直接執(zhí)行特定的航天任務(wù)，保障系統(tǒng)則用于保障專用系統(tǒng)的正常工作。

(1)專用系統(tǒng)。專用系統(tǒng)隨航天器的任務(wù)而異，如天文衛(wèi)星的天文望遠(yuǎn)鏡、光譜儀等；偵察衛(wèi)星的可見光照相機(jī)、電視攝像機(jī)、無線電偵察接收機(jī)等；通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器和通信天線；空間站上供航天員進(jìn)行各種試驗(yàn)和觀測用的各種專用設(shè)備等。

(2)保障系統(tǒng)。各類航天器的保障系統(tǒng)是類似的，一般除需配有無線電測控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外，還需包括下列一些分系統(tǒng)。

①結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)用于支承和固定航天器上各種儀器設(shè)備，并以骨架結(jié)構(gòu)與外殼結(jié)構(gòu)相連接，制成一個(gè)密閉的整體，為儀器設(shè)備和航天員提供必要的工作和生活環(huán)境，也承受地面運(yùn)輸、發(fā)射和空間運(yùn)行時(shí)的各種力學(xué)和環(huán)境載荷。

②熱控制系統(tǒng)。熱控制系統(tǒng)是用來保障各種儀器設(shè)備處于允許的溫度環(huán)境中，或保障航天員生活在允許的溫度環(huán)境中。

③生命保障系統(tǒng)。生命保障系統(tǒng)用于載人航天器，主要包括維持航天員正常生活所必需的設(shè)備和條件，其中有溫度、濕度調(diào)節(jié)，供水供氧、空氣凈化、廢物排除和封存，食品制作、保管和水的再生等。

④電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)用來為航天器所有的儀器設(shè)備提供電能。人造地球衛(wèi)星多采用蓄電池和太陽能電池陣電源，空間探測器采用太陽能電池陣電源系統(tǒng)或空間核電源，載人航天器則大多采用氫氧燃料電池或太陽能電池陣電源系統(tǒng)。

⑤姿態(tài)控制系統(tǒng)。姿態(tài)控制系統(tǒng)用來保持或改變航天器的運(yùn)行姿態(tài)。

⑥軌道控制系統(tǒng)。軌道控制系統(tǒng)用來保持或改變航天器的運(yùn)行軌道。它由機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過程序控制裝置控制或地面測控站遙控。

⑦返回著陸系統(tǒng)。返回著陸系統(tǒng)用以保障返回型航天器的安全，一般由制動(dòng)火箭、降落傘、著陸裝置、標(biāo)位裝置和控制裝置等組成。

6.3.2衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)形式因其用途而異，但從功能上看，都是由承力結(jié)構(gòu)、外殼、安裝部件、天線、太陽能電池陣結(jié)構(gòu)、防熱結(jié)構(gòu)和分離連接裝置等組成。圖6-25是一種應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星的構(gòu)造示意圖，圖中標(biāo)示了星體、天線、太陽能電池翼，以及一些儀器和設(shè)備。

圖6-25應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星的構(gòu)造示意

(1)承力結(jié)構(gòu)。承力結(jié)構(gòu)與運(yùn)載火箭相連接，承受發(fā)射時(shí)的火箭推力，因而需要有很高的強(qiáng)度和剛度，一般由鋁合金、鈦合金或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的薄壁圓柱殼、波紋或蜂窩夾層圓柱，以及截錐殼與桿件組成。

(2)外殼。外殼是衛(wèi)星的最外層，形成衛(wèi)星的外表面，也承受一部分外力，起承力構(gòu)件的作用。外殼的形狀可以為球形、多面柱形、錐形或不規(guī)則的多面體形等。除了維持外形外，外殼還應(yīng)滿足容積、熱控制、防輻射等要求。其結(jié)構(gòu)分為半硬殼式結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和夾層結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)和柔性張力表面結(jié)構(gòu)。

(3)安裝部件。安裝部件是安裝儀器設(shè)備，并保證安裝精度和防振、防磁、密封等要求的結(jié)構(gòu)，可以是儀器艙式或盤式結(jié)構(gòu)。

(4)天線結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)為拋物面形，有固定式和展開式。固定式天線的反射面是一個(gè)大面積的薄壁構(gòu)件，為了防止熱變形影響天線的電性能，通常用線膨脹系數(shù)很小的石墨纖維復(fù)合材料制成。而展開式天線有傘式、花瓣式、魚網(wǎng)式和桁架式等。

(5)太陽能電池陣。太陽能電池陣可以是直接粘貼在衛(wèi)星外表面的一組太陽能電池片。有些衛(wèi)星外殼做成套筒式伸展結(jié)構(gòu)，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)縮疊，進(jìn)入空間軌道后外筒伸展，以增加太陽能電池陣的面積。另外一種是可伸展開太陽能電池翼(或稱太陽能帆板)，進(jìn)入軌道后可伸展成翼狀，加大太陽能電池陣的面積。

6.3.3空間探測器結(jié)構(gòu)

空間探測器是在人造地球衛(wèi)星的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于它要對月球或更遠(yuǎn)的星體進(jìn)行探測，要承受非常嚴(yán)酷的空間環(huán)境，因此需采用特殊的防護(hù)結(jié)構(gòu)。例如，月球探測器要在月球著陸或行走，就要求它具有一些特殊形式的結(jié)構(gòu)。圖6-26就是月球軌道環(huán)行器(見圖6-26(a))和在月球表面上自動(dòng)行駛的月球車1號(見圖6-26(b))。

圖6-26月球軌道環(huán)行器(a)和月球車1號(b)

6.3.4載人飛船

載人飛船是載人在外層空間生活、工作，以及執(zhí)行預(yù)定的航天任務(wù)并返回地面的航天器。載人飛船一般由軌道艙(又稱指揮艙)、服務(wù)艙、對接艙、應(yīng)急艙和乘員返回艙等幾部分組成。圖6-27是“聯(lián)盟號”衛(wèi)星式載人飛船的示意圖。

圖6-27“聯(lián)盟號”衛(wèi)星式載人飛船的示意圖

乘員返回艙是飛船的核心部分，是整個(gè)飛船的控制中心，供航天員在上升和返回時(shí)乘坐。軌道艙是航天員在軌道上的工作場所，里面有各種試驗(yàn)儀器和設(shè)備。服務(wù)艙通常安裝推進(jìn)系統(tǒng)、電源、氣源等設(shè)備，對飛船起服務(wù)保障作用。對接艙是用來與航天站或其他航天器對接的艙段。應(yīng)急艙具有救生裝置，可以保障航天員在危急情況下安全返回地面或轉(zhuǎn)移到其他航天器上。圖6-28是“阿波羅”登月飛船的示意圖。

圖6-28“阿波羅”登月飛船的示意

6.3.5空間站

空間站又稱航天站，是供多名航天員巡訪、長期工作的航天器?？臻g站的基本組成部分與載人飛船類似，但是由于航天員要在空間站內(nèi)長期工作，所以要有保障航天員長期生活和工作的設(shè)施。圖6-29是“和平號”空間站的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6-29“和平號”空間站的結(jié)構(gòu)示意

6.4火箭

6.4.1探空火箭探空火箭是對近地空間進(jìn)行環(huán)境探測、科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)的火箭，按研究對象可以分為氣象火箭、地球物理火箭、生物火箭、防雹火箭等。探空火箭一般是沒有控制的，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、發(fā)射靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。探空火箭比探空氣球飛得高，比低軌道運(yùn)行的人造衛(wèi)星飛得低，是在30～200?高空的唯一探測工具。

6.4.2運(yùn)載火箭

運(yùn)載火箭是把人造地球衛(wèi)星、載人飛船、航天站、空間探測器、航天飛機(jī)等有效載荷送入預(yù)定軌道的火箭。運(yùn)載火箭一般都是在洲際彈道導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者在各方面都基本相同，但是，也各有不同的特點(diǎn)。其一，導(dǎo)彈最重要的是提高戰(zhàn)斗效率和生存能力；而運(yùn)載火箭最重要的是提高可靠性和各種軌道的運(yùn)載能力，提高通用性和經(jīng)濟(jì)性。其二，導(dǎo)彈要求盡量縮短發(fā)射的準(zhǔn)備時(shí)間，因此最好采用固體推進(jìn)劑或可以貯存的液體推進(jìn)劑；而運(yùn)載火箭可以采用貯存性差、能量高的冷凍推進(jìn)劑(如液氫和液氧等)和廉價(jià)的烴類燃燒劑(如煤油、甲烷、丙烷等)。

多級火箭的組合有串聯(lián)式組合、并聯(lián)式組合、混合式組合三種方式，如圖6-30所示。串聯(lián)式組合就是將幾個(gè)單級火箭依次同軸配置(見圖6-30(a))。這種多級火箭的氣動(dòng)阻力小，結(jié)構(gòu)緊湊，級間連接簡單，分離故障少，發(fā)射裝置較為簡單；但是，長度大，彎曲剛度差，運(yùn)輸、貯存和起豎等都不夠方便。并聯(lián)式組合就是各子級火箭的軸線圍繞基本級(又稱芯級)的縱軸周圍配置(見圖6-30(b))，俗稱“捆綁式火箭”。

這種多級火箭，可以將已有的單級火箭組合在一起，因而加快了火箭的研制過程，火箭的長度短，豎立在發(fā)射臺上的穩(wěn)定性也比較好；但是，徑向尺寸大，發(fā)射裝置比較復(fù)雜，級間連接與分離機(jī)構(gòu)也比較復(fù)雜，分離時(shí)干擾大?；旌鲜浇M合是將并聯(lián)、串聯(lián)式組合結(jié)合在一起的配置(見圖6-30(c))。例如，第一級與第二級為并聯(lián)式組合，第二級與第三級為串聯(lián)式組合，這樣就組成了三級火箭。

圖6-30多級火箭組合的示意

圖6-31是典型的液體運(yùn)載火箭第一級箭體的結(jié)構(gòu)示意圖，其他各級的箭體結(jié)構(gòu)與其類似。圖中的兩個(gè)貯箱除了貯存推進(jìn)劑以外，還是箭體的承力結(jié)構(gòu)，箭體主要承受軸向載荷、彎矩和內(nèi)壓。為了提高箭體承受內(nèi)壓的能力，一般將貯箱底做成外凸形狀。箭體結(jié)構(gòu)的其他部分，如級間段、后過渡段、尾段和儀器艙等，由于沒有內(nèi)壓作用，因此要承受較大的軸壓作用，一般將它們設(shè)計(jì)成半硬殼式結(jié)構(gòu)。由于運(yùn)載火箭大部分是在大氣層之外飛行，因此對氣動(dòng)外形的要求不很嚴(yán)格。

圖6-31第一級箭體的結(jié)構(gòu)示意

中國的運(yùn)載火箭是從1965年開始研制的，至今共研制成功“長征”號和“風(fēng)暴1號”等八種運(yùn)載火箭。圖6-32是中國長征系列運(yùn)載火箭的外形圖。

圖6-32中國長征系列運(yùn)載火箭的外形

圖6-33是世界各國參與未來競爭的大型運(yùn)載火箭的外形示意圖?！癏-2”號是日本研制的二點(diǎn)五級運(yùn)載火箭，第一、二級都采用氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，助推器為兩臺大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)?！癏-2”號的起飛質(zhì)量為260t，各軌道的運(yùn)載能力為低地球軌道(LEO)10t，地球同步轉(zhuǎn)移軌道(GTO)4t，地球同步定點(diǎn)軌道(GEO)2t。因此，將用它發(fā)射不載人的航天飛機(jī)(HOPE)等。

圖6-33世界各國參與未來競爭的大型運(yùn)載火箭的外形示意

6.5航天飛機(jī)和空天飛機(jī)

6.5.1航天飛機(jī)航天飛機(jī)既是可以重復(fù)使用的、往返于地球表面和近地軌道之間運(yùn)送有效載荷的航天運(yùn)載器，又是可以進(jìn)入近地軌道完成多種任務(wù)的航天器。它可以將各種衛(wèi)星直接送入近地軌道；也可以先送上近地軌道，然后再從這個(gè)軌道上發(fā)射，進(jìn)入高軌道。航天飛機(jī)進(jìn)入近地軌道的部分叫做軌道器，可以完成人造地球衛(wèi)星、貨運(yùn)飛船、載人飛船甚至小型航天站的許多功能。

圖6-34是美國航天飛機(jī)的總體外形圖。它由軌道器、外掛貯箱和兩個(gè)固體助推器組成，是一種垂直發(fā)射、水平著陸、兩級入軌、部分回收、多用途、全火箭式航天飛機(jī)。三臺主發(fā)動(dòng)機(jī)裝在軌道器上，所用的液氫、液氧推進(jìn)劑由外掛貯箱供給，真空總推力為6269?kN

，起飛推力約為30

622kN。

圖6-34美國航天飛機(jī)的總體外形

軌道器是航天飛機(jī)的核心部分，也是設(shè)計(jì)最困難和結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的組成部分，如圖6-35所示。軌道器所經(jīng)歷的飛行過程及環(huán)境比現(xiàn)代飛機(jī)要惡劣得多，它的氣動(dòng)外形既要適合在大氣中作高超聲速、超聲速、亞聲速和水平著陸時(shí)的低速飛行，又要有利于防護(hù)氣動(dòng)力加熱。軌道器從構(gòu)造上來說，包括機(jī)身、機(jī)翼、尾翼和著陸架等，其結(jié)構(gòu)形式大多為鋁合金蒙皮骨架組成的薄壁結(jié)構(gòu)和鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的升降副翼。機(jī)身中段的有效載荷艙的容積將近300m3，為了在軌道上布放或回收有效載荷，艙內(nèi)設(shè)有可以遙控的機(jī)械臂。

圖6-35軌道器的示意

軌道機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(OMS)的主要功用，是為航天飛機(jī)提供入軌機(jī)動(dòng)、軌道修正、變軌、交會和脫離軌道所需要的推力。它有兩臺液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，分別安裝在后機(jī)身兩側(cè)的兩個(gè)外吊艙內(nèi)，如圖6-36所示。軌道機(jī)動(dòng)系統(tǒng)所用的推進(jìn)劑為N2O4和一甲基肼，屬于可貯存的自燃推進(jìn)劑，以便長期在空間多次起動(dòng)。

圖6-36左艙內(nèi)OMS和反作用控制系統(tǒng)(RCS)的配置

反作用控制系統(tǒng)(RCS)的主要功用，是為軌道器精確的姿態(tài)控制和三個(gè)軸向移動(dòng)提供需要的推力。它共有38個(gè)主推力室(每個(gè)推力為3885N)和6個(gè)游動(dòng)推力室(每個(gè)推力為108N)，前艙系統(tǒng)共有14個(gè)主推力室和兩個(gè)游動(dòng)推力室，如圖6-37所示。尾部的左、右艙系統(tǒng)各有12個(gè)主推力室和兩個(gè)游動(dòng)推力室(見圖6-35)，游動(dòng)推力室的作用是對軌道器進(jìn)行更精確的姿態(tài)控制。一般來說，控制航天器的3個(gè)姿態(tài)角和3個(gè)軸向移動(dòng)不發(fā)生相互干擾，僅需要12個(gè)推力室，而采用38個(gè)推力室主要是為了提高控制靈活性和備份可靠性。

圖6-37前艙RCS的配置情況

6.5.2空天飛機(jī)

空天飛機(jī)是一種可以重復(fù)使用的飛行器，既能在大氣層內(nèi)飛行，又能在外層空間軌道上飛行，并能在普通跑道上水平起降。它除了裝有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以外，還裝有空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī))。由于空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需要的大量氧化劑來自空氣，不需要自身攜帶，因此起飛質(zhì)量小。圖6-38是德國正在研究的“桑格爾”空天飛機(jī)的示意圖。它是一種水平起降、兩級入軌、一級采用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、完全重復(fù)使用的空天飛機(jī)，由第一級“載機(jī)”和其背上馱著的第二級“軌道器”組成。載機(jī)采用組合式液氫渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，軌道器采用氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖6-38德國正在研究的“桑格爾”空天飛機(jī)示意

思考題與習(xí)題

一、選擇題

1．可以說，_______飛機(jī)的出現(xiàn)，拉大了美國與世界的差距。

A.?F-22 B.?F-4 C.?F-100 D.?F-16

2．1989年7月，美國的_______隱身轟炸機(jī)首次試飛，這是一種更先進(jìn)的遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)。

A.?B-1B B.?B-52 C.?B-2 D.?B-52H

3．_______是用于搜索和監(jiān)視空中、地面或海上目標(biāo)的活動(dòng)，并能引導(dǎo)和指揮己方軍用飛機(jī)對其進(jìn)行攻擊的飛機(jī)。

A