火箭飛機(jī)

曾達(dá)生

到目前為止，飛行器的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了很高的成就。在社會(huì)主義國(guó)家的蘇聯(lián)，各種新型的飛機(jī)得到廣泛地、普遍地應(yīng)用。不僅如此，而且可以有計(jì)劃的使用最近代飛行器——宇宙火箭——進(jìn)行巨大的科學(xué)研究工作，為人類征服宇宙作好準(zhǔn)備工作。

盡管飛行器得到這樣飛躍的發(fā)展，但是人類還沒(méi)有駕駛飛機(jī)上升到40公里以上的高空，即使坐在絕對(duì)密閉的座艙內(nèi)。是什么原因妨礙了我們進(jìn)入這樣的高空呢？這就是“空氣問(wèn)題”。大家都知道，沒(méi)有空氣飛機(jī)就不能飛行，因?yàn)椴荒墚a(chǎn)生舉力。由于高度愈高空氣愈稀薄，產(chǎn)生的舉力就愈小(舉力的大小與空氣密度的大小有關(guān))。在30公里的高空，大氣只有地面的百分之一。若地面每立方米空氣重1.3公斤，而在80公里高空上，每立方米空氣重量低于2毫克(1毫克等于千分之一克)。在這樣稀薄的空氣內(nèi)，氣流流過(guò)機(jī)翼時(shí)不能產(chǎn)生足夠大的舉力，需要空氣的發(fā)動(dòng)機(jī)(如空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī))也不能工作。這好比人沒(méi)有空氣不能生活一樣。從這里我們看到空氣對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)是多么的重要。無(wú)怪乎，對(duì)于利用空氣動(dòng)力的飛行器來(lái)說(shuō)，要將其飛行高度增加一公里，都是很困難的。

現(xiàn)在有翼飛行器的飛行，都被限制在很狹小的空域中，飛行的速度和高度都有一定的范圍。如在空氣稀薄的高空，飛機(jī)得不到自己所必需的舉力，就不能飛行；在空氣稠密的低空中，由于空氣動(dòng)力的加熱，就限制了飛機(jī)以高速飛行。當(dāng)然，人們是不會(huì)滿足于這種狀況的。

火箭飛機(jī)

目前，在飛行器中只有火箭能飛出大氣層，火箭飛行器中裝的火箭式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以在沒(méi)有空氣的空間內(nèi)工作?；鸺w行器也沒(méi)有翅膀。它在空中不是由空氣產(chǎn)生舉力來(lái)支持的，它是在幾個(gè)作用力的平衡條件下飛行的。其中起支持作用的是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。

火箭不僅可以飛出大氣層，而且具有很大的速度?；鸺倪@些特點(diǎn)引起飛機(jī)設(shè)計(jì)師們的注意。于是，人們就想利用現(xiàn)代噴氣技術(shù)的力量與航空科學(xué)上所取得的偉大成就，創(chuàng)造一種既能為駕駛員操縱、又像火箭那樣高飛的新型飛行器，即所謂火箭飛機(jī)。

火箭飛機(jī)與火箭是不同的，它是具有翅膀的火箭，它安裝的是能在真空中工作的火箭式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。除了能進(jìn)入空氣稀薄的高空之外，還可以回到稠密的大氣層中利用翅膀產(chǎn)生舉力，進(jìn)行滑翔飛行，并且是有人駕駛的。它可以改變飛行方向，可以增加飛行距離及急烈剎車等。

制造火箭飛機(jī)中一個(gè)很主要的困難問(wèn)題，就是如何保證它能夠安全降落。

高空飛行的三種軌道

飛行器在高空中可能有三種軌道(圖1)。一種是弧線很大，弧線的頂點(diǎn)伸入到宇宙中、而起點(diǎn)和終點(diǎn)在地面上，這就是彈道火箭的軌道。彈道火箭不能在大氣中作滑翔飛行，也不能改變方向。因此，它的軌道像一個(gè)拋物線形狀，這軌道也是預(yù)先計(jì)算好了的。

圖1

1.大氣2.滑翔火箭飛機(jī)軌道3.彈跳式火箭飛機(jī)軌道4.彈道火箭軌道。

直到目前，除火箭在高空飛行之外，預(yù)定用在大氣上層飛行的飛行器方案很多。據(jù)報(bào)導(dǎo)，超過(guò)250種，這些方案中大多數(shù)為火箭飛機(jī)。

火箭飛機(jī)作彈道火箭的軌道飛行是不合適的，因?yàn)榛鸺w機(jī)俯沖下來(lái)的加速度可增加十倍，同時(shí)被加熱到攝氏2500度。

因此有人提出另一種滑翔飛行軌道。這就是火箭飛機(jī)在空氣中進(jìn)行自由滑翔，速度逐漸減小，最后達(dá)到著陸速度。因此飛機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苋缤俣茸兓粯?，是逐漸進(jìn)行的，所以，幾乎全部形成的熱量都散失在空中。根據(jù)計(jì)算表明，這種飛機(jī)的表面溫度約為攝氏870度。

還有一種彈跳軌道(波浪式的滑翔)，這種飛行比較復(fù)雜，其軌道包括了飛行器進(jìn)入大氣中的彈跳階段。這種軌道是在得到一定的升力后，重新飛出大氣，然后又下滑，又上升……。這種軌道，一開(kāi)始波動(dòng)振幅較大，后來(lái)愈來(lái)愈小，最后沿著下降的軌跡滑行，一直到落地。

奇特的飛機(jī)外形

在高速(每小時(shí)10000－12000公里)飛行時(shí)，火箭飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身互相的作用起了本質(zhì)上的變化，設(shè)計(jì)家們不得不拋棄固有的現(xiàn)代飛機(jī)外形的結(jié)構(gòu)。

空氣動(dòng)力學(xué)家認(rèn)為，在飛行器前面產(chǎn)生的沖波，可能由于重新分配的原因而互相抵銷，使得前面的波阻為零。為此，應(yīng)該創(chuàng)造奇特的飛機(jī)外形。這里列出了兩種想像的未來(lái)的火箭飛機(jī)外形方案。圖2是一種飛機(jī)尾部的橫斷面積很大，機(jī)翼的后端和飛機(jī)尾部都作成鈍形狀，并且是實(shí)心的。機(jī)翼與機(jī)身都為楔形，完全對(duì)稱的裝配在一起，火箭飛機(jī)像一把半截四棱體刺刀一樣。這樣的安排有很大的好處，因?yàn)橛蓹C(jī)身產(chǎn)生的壓力場(chǎng)，將作用在整個(gè)機(jī)翼的下面，使飛機(jī)升力大大的增加。即使在沖角為零時(shí)，升力也還會(huì)是很大的。

圖2楔形機(jī)翼和機(jī)身的火箭飛機(jī)

另外可在火箭飛機(jī)上固定補(bǔ)助的反波面，在這種反波面的幫助下，可以減少波阻。例如，在火箭飛機(jī)翅膀下面的活動(dòng)的塔形物上裝一個(gè)不大的平板——輔助小機(jī)翼，同時(shí)它在主機(jī)翼下面產(chǎn)生額外壓力，也可使機(jī)翼升力顯著的增加。圖3所示為上下都裝有反波面的火箭飛機(jī)方案。

圖3上下都裝有反波面的火箭飛機(jī)方案

火箭飛機(jī)的起飛與彈道火箭的起飛差不多。為了加快火箭飛機(jī)的速度，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不停地開(kāi)動(dòng)著，加速度緊緊地把飛行員壓在傾斜的座椅上。起飛后，高度迅速地增加，速度達(dá)到每小時(shí)20000公里。

火箭飛機(jī)的飛行與降落

飛行分為兩個(gè)階段。前一階段為動(dòng)力飛行(有發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的飛行)；其后是滑翔飛行(發(fā)動(dòng)機(jī)停車后的飛行)。動(dòng)力飛行時(shí)，燃料很快地消耗完了，火箭也迅速上升到大氣稀薄的上空，火箭飛機(jī)獲得了足夠的動(dòng)能與位能，在這時(shí)，火箭飛機(jī)駕駛員也許可以隱約地看到大陸和大洋，并且感到失重?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)停車后，飛機(jī)在重力與慣性力的作用下飛行，然后又進(jìn)入稠密大氣。

在大氣中，依靠它的翅膀而產(chǎn)生支持本身的舉力?？梢岳米詣?dòng)裝置引導(dǎo)飛機(jī)滑翔。如果要改變飛行方向，飛行員可以開(kāi)動(dòng)裝在機(jī)翼上的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

飛行速度和高度不斷地降低，飛機(jī)表面的溫度也就不斷的增加……那么，飛機(jī)在低空是否會(huì)像衛(wèi)星那樣燒毀呢？

最新科學(xué)的發(fā)展，有可能防止飛行器的劇烈加熱而燒毀。在這些方法中有沿著螺旋軌道下降的方法；采用反推力裝置；采用冷卻的方法；在飛機(jī)表面涂上抗熱材料，如陶瓷、塑料等及利用最新的方法——電磁力制動(dòng)(參閱本期第13頁(yè)飛行器的電磁力制動(dòng)一文——編者)等。如果這些方法能成功地用來(lái)減低高速飛行器的速度，那么，飛行器就可以安全的落到地面上。

現(xiàn)代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及自動(dòng)控制方面所取得的成就，現(xiàn)代超音速空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，對(duì)今后火箭飛機(jī)的發(fā)展將起著很重要的作用。

這里所談的只是有關(guān)火箭飛機(jī)中一些粗淺問(wèn)題。事實(shí)上，在目前要制造火箭飛機(jī)還有很多的困難。但是，根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)飛躍的發(fā)展，這種飛機(jī)不需要太久就會(huì)為我們?nèi)祟惿罘?wù)了。