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欧盟研究高超声速客机逃生舱

时间:2016-01-22  来源:国际航空微信公号   发布:高端装备网 

  欧洲航天局开展的高空高速民用飞行器(也即亚轨道航天客机),能够在2h内搭载50名旅客从欧洲飞到澳大利亚。这种航天客机由液态氧/氢火箭助推器驱动,垂直起飞,在速度达到Ma 12、高度超过70km时,可重复使用的火箭助推器与客机分离,并自行返回发射基地。客机则依靠内置火箭发动机加速到Ma 25,然后在发动机熄火后,客机滑翔至目的地并在跑道上着陆。

 

  相比于现在的亚声速民用客机,这种航天客机的飞行速度和飞行高度都已大大超出常规范围,飞行环境要严苛得多。这就意味着,如何保证这种客机各种系统的可靠性成为很大的问题,尤其是推进系统。

  

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  为了在发生意外的情况下保证乘客安全,欧盟FAST20XX项目展开了一项名为机舱逃生系统(Hypmoces)的子项目研究,为这种航天客机研究逃生舱概念方案。

 

  经过2年努力,这项由西班牙火卫二航天公司、意大利艾维欧公司、德国宇航中心和法国航空航天研究院共同完成的子项目收获的成果大大超出预期。研制的一种可变形逃生舱方案,能够在航天客机发生意外时弹射出来,并通过充气形成升力体外形,然后通过滑翔降低高度,最后展开降落伞实现安全着陆。

 

  这种逃生舱长17m,重38t,可将50座级客舱包含在里面。由于逃生舱内置于航天客机内部,因此没有安装翼面的空间。另外,因航天客机在不同的飞行阶段的飞行速度差别较大,逃生舱需要考虑各种速度条件,而可变的外形满足了这一要求。

 

  目前他们已研究出两种方案,基准型方案是,在下舱体两侧安装可充气侧壁,在其充气膨胀之后可使逃生舱化身为升力体,增加升阻比。另外,基准型方案还包括小尺寸方向舵,展开后用于控制方向的稳定性,位于舱体后部的一对类似X-37的襟翼用于控制飞行。相比之下,备份方案采用了较窄的大后掠角翼面,从舱体底部展开。

 

  因充气方案结构紧凑、重量轻、结构简单并且易于展开,获得了研究人员的青睐。充气侧壁能够将升阻比提高12%,提高逃生舱的飞行距离,并通过减少热力学载荷提高旅客的舒适性。

 

  每个侧壁重1165kg,采用了由Nextel陶瓷纤维、氧化铝短纤维、Pyrogel绝热层和T300J碳纤维材料组成的多层结构。这种构造充气后可在弹性和刚度之间取得平衡,能够满足高超声速飞行的要求,并且能形成坚固且稳定的热保护层。

 

  Hypmoces项目团队研究了侧壁充气对气体发生器的要求,确定了高度-马赫数飞行包线以及降落伞回收系统的限制因素。机电飞行控制作动器和反作用力喷气控制系统的设计工作正在进行中。

 

  这个项目对于逃生舱的导航、制导与控制性能的鲁棒性要求很高,而且对变形控制也有要求,但这些问题都可以克服。充气设计方案的风险在于,如果其中一侧充气发生故障时,逃生舱的飞行稳定性无法保证,这种情况一旦出现,结果将是灾难性的。

 

  欧盟这项研究工作的成果在其他领域得到了应用,比如NASA的高超声速可充气气动减速器也采用了这项技术,该减速器用于重型探测器在火星表面着陆。

 

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