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空天飞机…人类对廉价航天最初也或许是最后的设想,最彻底的“我全都要”的设计
顾名思义,空天飞机长得像飞机(升力体,不分级)但有单级进入轨道的能力,从机场跑道水平起飞,不需要发射台,进入轨道后可以主动脱轨滑翔回到机场整机回收
听起来很不错,毕竟我们能对既不需要发射场又能全部回收,甚至还能通过吸气引擎节约液氧费用的东西有什么意见呢?唯一的问题,大概就是怎么样才能造的出来
然后事情就变成了一个工程噩梦。为了充分利用升力体,空天飞机试图增加在大气层内的飞行时间,同时采用吸气引擎吸取大气层内的氧气减少氧化剂的需求,这就导致了我们需要设计一种非常新的吸气引擎,可以在0~10马赫下正常工作。同时,我们还希望这种引擎可以做火箭引擎使用,毕竟10马赫离轨道速度还差不少嘛
(未完待续…)
2023年04月24日 10点04分
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我们知道这个引擎大概是什么样的吗?知道,甚至有一些极其巧妙的设计。但涉及到真实世界的时候…对不起,限于在5马赫以上工作的超燃冲压引擎到现在都不能实用,包括nasa和美国空军都在这个领域屡战屡败,其难度可想而知,更不用说0~10马赫通吃的引擎了。
即使发动机的问题解决,升力体也给我们埋了另外一个坑。飞机的外形导致堆干质比变成了非常困难的事(你很难在飞机里塞满油箱),如果想要采用液氢作为燃料麻烦就更大了,毕竟液氢的低密度导致连液氢火箭都特别粗一些,又怎么能指望在外形严格的升力体里塞进这么大的量呢?
更严重的问题是,既然要利用升力水平飞行,重心位置的变化就会导致操控变得极其困难,随着飞行消耗燃料重心一点一点往荷载偏这种事简直就是灾难,这也是nasa放弃x43的重要原因之一
(未完待续…)
2023年04月24日 13点04分
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补充:如果想用好对付的碳氢燃料,超燃冲压能飞6马赫就不错了,x51也只刚刚超过5马赫
2023年04月24日 13点04分
又想起来了,再补一个…虽然不一定符合直觉,但适合高速的升力体和适合低速的升力体形状是完全不同的,就像普通客机(亚音速)和协和号(稍微超音速)的形状完全不一样,乘波体(高超音速)更是奇形怪状
2023年04月24日 15点04分
@柿柚档 可以是可以,但技术难度大,死重大,一不小心就会得不偿失
2023年04月26日 12点04分
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但是但是!如果我们从第一性原理出发,认为上面这些都是可以解决的工程问题,会怎么样呢?
……很遗憾,还是不太行
即使采用液氢燃料飞到12马赫,我们离入轨也还差一半,这一半必须用火箭解决。这时如果我们选择加把劲,直接把液氧灌进我们的超级发动机,就会发现,那些精巧的为吸气模态准备的零件,和那个漂亮的升力体,都变成了死重。由于是ssto,每一kg死重都会直接减在荷载上,这在极大程度上抹平了节约氧化剂的优势。
如果我们现实一点,选择tsto,升力体苛刻的外形要求就会让我们不知道该把二级放在哪里,毕竟空天飞机还要飞回去,不能让分离破坏升力体的特性。如果直接开摆把二级扔进机舱,这个巨大机舱又会增加不少质量,并且在大气还比较稠密的地方高超音速飞行的同时如何释放二级也是个问题
(未完待续…)
2023年04月24日 14点04分
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空天飞机·总结篇
空天飞机,作为人类对太空航行最初的设想,承载了那个年代的浪漫。然而,在太空竞赛的年代,技术上短平快的一次性火箭变成了主流。虽然在人类对廉价轨道运输的渴望下,空天飞机一次次被提起、立项、研发,其技术上的极大困难和固有不合理之处也一次次暴露出来。到了今天,只剩下了云霄塔一颗半死不活的独苗。
大气层内的高超音速飞行一定有其用处,或许是军事用途,或许是洲际飞行。然而,如果只考虑太空飞行,在火箭也可回收的2023,空天飞机几乎沦落为了皇帝的金锄头——超高技术难度,平庸实用价值。
滑行起飞的飞机突破天穹的场景,或许只有借助聚变的烈焰才能看到了。
2023年04月24日 15点04分
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那,空天飞机分为两级呢,飞机上面载荷一个空天飞机,然后等飞机速度要下来之后,分离,让空天飞机上来。
2023年04月26日 07点04分
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@一抹小黑影 ppt谁没做过,你去看看上世纪美苏或者现在各种民营航天的草案就能发现一大堆脑洞极大的东西
2023年04月27日 02点04分
1. 这样仍然需要低超吸气/高超吸气/火箭三模态发动机,难度降低了但不多,2.普通飞机提供的dv太少,约等于没有(很怀疑飞机上叠飞机这样的灾难级气动能不能超音速)
2023年04月26日 08点04分
@一抹小黑影 滑翔回收的ppt苏联做过,最后好像是因为死重太多放弃了
2023年04月27日 01点04分
@可爱后辈AI🌸 但是总得来说会好上不多。因为就跟火箭助推器一样,射完就扔,但是因为有了机翼,所以可以滑翔回收,总得来说,就可以不像SpaceX可回收火箭一样,还得携带多余的燃料用来反推。总的来说dv省很多。但是发动机就不知道了
2023年04月27日 00点04分
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补充一点点吧,其实如果一定想用空天飞机的构型,可以看看云霄塔的设计,这东西是tsto,还用预冷器避开了超燃的大坑,但就算拿云霄塔的ppt的参数出来比…也只能说和猎鹰9有差异化优势,完全比不过星舰
至于进度嘛,说不定还不如星舰…
2023年04月26日 08点04分
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PDE发动机可单级入轨,30000米以下空气氧,35000-45000补液氧,45000米以上纯液氧。尤其适合洲际飞行
2023年04月26日 10点04分
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想单级入轨就会面临上面的一大堆问题,但做洲际飞行确实不错
2023年04月26日 10点04分
但问题在于,现在的航空因为燃料成本的问题连超音速都实用不了,更不用说高超了
2023年04月26日 10点04分
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碳纤维筒加反骨伞是可行的,只要面积重量比够大,就可返回,类似整流罩
2023年05月06日 06点05分
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没那么容易,整流罩的终极速度也有200多m/s,最后还得有个降落伞才行
2023年05月06日 06点05分
@jaschin 反骨伞阶段没多少意义,因为一般的大铁罐头终极速度也是200+,世界上也不存在能把几十t物体最终减到安全着陆速度的降落伞
2023年05月06日 07点05分
@jaschin 用碳纤维做就更意义不明了,降落伞不需要这种刚性材料
2023年05月06日 07点05分