航空航天飞行器设计

武汉大学《航空航天技术概论》作业2

题目：新型神飞器的设计制做

学院：物理科学与技术学院

专业：物理学

姓名：胡万景

学号：2012335550114

2013年7月30日

本人在现代的航天器基础上利用最新的科研探索方向，从神飞器的名字、要完成的使命、如何设计、功能设计和设计控制、应用前景及任务等几个方面来构想一架现实为未来相结合的神飞器。

神飞器名字：永不落雪域神飞器

要完成的使命：探测宇宙星系、发展现代科学技术、解释科学谜团、携带人们实现太空之旅、军情探窥、为人类探测地球之外的能源

如何设计：“永不落雪域神飞器”将采用非传统的设计，从空气动力学角度来说,可以将它描述为一种升力体结构，在神器身后部设计自动化控制面版，包括全动式水平尾翼和双垂直尾翼与方向舵，这种飞翼可以自动收缩，而且为扁平的。该设计将成为未来全球最大超速巡航的神飞航天一体器，既可以用于航天事业又可以用于作战神器。由于高速巡航的需要和航天的探索，为了减小阻力而将前缘设计得很尖而且扁平，同时控制面也相应很薄很轻巧。神飞器前身下部的外形设计为超冲压核动力发动机进气道，提供外部压缩斜面，同时后身下部的外形设计为单膨胀喷管面。机体上表面采用无缓和的曲率，机身前装备大块的扁压舱，要使飞行器的重心足够靠前，提供近似中心的纵向和横向的稳定性。飞行器的机身桁梁和隔板由钢、钛、铝等纳米材料制成，其上覆盖有钢、铝陶瓷纳米盖。这些材料是由神飞器的硬度、随时可变形需求确定的，而尾舱选用镍钛合金，这是为了热防护的需要。出于飞行器平衡的需要，前舱采用了钨化纳米材料制实心块。机体的热防护采用碳耐高温陶瓷。前缘、上、下表面覆盖强化氧化铝纳米防热瓷瓦。钢铝纳米陶瓷金属盖设计为多个相对简单、低成本的刻面形状，这样会使得外型设计线加工到热防护系统防热陶瓷中，而于防热陶瓷的设计为外表面的机是在陶瓷安装到机身上。为此，表面涂纳米量子隐身漆，从而避免了被其他探测系统发现、热烘烤、抗干扰、防辐射、防腐蚀等性质极强的结构。对于低飞行器来说，水平表面只采用碳纳米材料防热；而对于高速神行器来说，水平和垂直表面都采用碳纳米材料防护。发动机着采用散热性好的珀合金材料，其整流罩和侧壁采用了主动式液氮冷却系统。从整体上说，这个神飞器是一个超级扁的飞行一体机，可以收缩变幻，可以变形。

功能设计和设计控制：

1.。神飞器的发动机：我们不使用传统的固态、液态、或者混合态发动机作为动力来提高效果，而现行的发动机有些国家利用太阳帆，利用太阳的能量，可是太阳能转化速度比较慢，所以传统的化学能和太阳能飞行器不适合进行长时间的飞行。为了我们的飞行器成为世界永不落神飞器，我们将在这个飞行器上装载核聚变动力器，让它成为核动力火箭。这将提供更快的速度和强大的能量源来源，而且消耗不尽，所以我们的神飞器会永远挂在空中而不降落，这也可以解决登陆其他行星时所遇到的各种能源来源问题。核聚变神飞器将大大缩短深空飞行的时间，可以为我们人类充分探索和利用太阳系资源开辟道路，这样的话我们能在一个月之内前往其他星系，那将是多么美妙的情景，也可以减少宇航员暴露在宇宙射线下的风险，人类如果需要进入深空，并有效的配合减速发动机的减速，就可以减少人们在空间飞行中受到的辐射，为人类缩短较短的太空旅程减少节省食物和水，这样我们的太空之旅每个人都可以实现。

宇宙飞船推进技术，我们只有在科幻小说中才听说过的“曲速推进”发动机，物质和反物质动力系统等，而现在我们这款神飞器完全可以实现。除了核动力发动机外，可控核聚变反应堆，使用核裂变技术的发动力系统是我们这个飞行器成为永不落飞行器唯一途径，我们在飞行器上安装四台核动力涡轮发动机，这些核

动力技术都是基于核裂变技术，打造出核动力推进技术。我们知道反应堆结构比陆基核电站的规模要小很多，铀的纯度要高的多，核动力技术用于太空环境时，也会面临核辐射的危险，而我们的这个神飞器不仅可以搭载人类还可以搭载微型纳米机器人、还可以实现无人化飞船恒星际之旅，可成为永不落的航力，这是传统化学能发动机所不能比拟的。

2。测量仪器：作为研究用的神飞器，必须要装载大量的测量仪器。在飞行时，要对超过几百甚至几千个独立的仪器进行监控和记录，对太空数据的各种测量和收集。由于神飞器在发射后成为永不落之器，因此这些测量参数都通过发射机传送到地面和飞行的接收机，大多数关键的数据在整个飞行过程中都能进行转发、发送。测量数据包括神飞器本身的表面温度与压力、内部温度与压力、结构应力以及机载惯性导航系统和全球定位系统接收机得到的参数，还有太空温度、辐射、量子信息、暗物质、暗能量等。我们在神飞器上安装有多部波段发射机和多波段转发器。成像传感器、图像处理装置、数字相关器和计算机、雷达、微波辐射计、光学、电视摄像、红外成像区域相关等类型的全量子化设备。

3。神飞器管理与控制系统的组成:神飞器管理、机电传动机及其控制器、以及测量系统为这些系统提供完全的自动控制，根据预先规划好的时间线、路线、任务，神飞器测量系统数据和机载数据启动相关事件发出各种指令。该系统还包括控制软件，以及用于检测和测试神飞器的各种系统创新软件。所有机载设备都通过核力驱动，这需要充足的电池容量，我们将在神飞器上安装超优化电池组来储藏核电能。神飞器通过一个专门设计的连接器与经过精装的助推器相连。该连接器不仅仅是一个连接结构，同时还集成了分离系统，以及在飞行轨道的助推段进行液氮冷却的功能。连接器结构主要采用钢、铝陶瓷纳米材料制成,外部覆盖一层绝热材料。安装这些系统后，该分离机构极短时间内完成与连接器助推器的分离。大体来说，飞行器的质量相对于其尺寸来说过大，会使发动机弹道式弹道来保持合适的迎角，但是也可以通过该途径可能够降低覆盖蒙皮的挠度。

4.。热防护:神飞器的热防护系统设计尽量采用被动热防护。神飞器机身前段一大部分都采用实体钨纳米材料制成,从而可以简化该区域的热防护设计。在飞行器与连接器结构中需要加入大量钢铁合金，并且蒙皮的厚度也要设计的超薄。神飞器的质量相对于其尺寸来说过大，以至于在发动机发射时选好合适的角度。但是从另一方面来说，通过该途径可能够降低蒙皮的挠度，从而不再需要在防热瓷瓦之间留有很大的缝隙。为了降低质量，保持飞行器的质心，神飞器的水平和垂直尾翼内部结构采用自动电子机械加工，表面采用焊接制造而成。材料方面选择的是在高温状态下强度很高的镍钢合金纳米材料。由于其硬度较大，我们需要反复的提纯。蒙皮表面的形变波伏度要小，前缘为了将气动阻力降至最小，前缘设计采用非常小的曲率半径，这样会在段时间内快速加快神飞器的速度。神飞器的半径要求放宽，这都增加了碳纳米材料和碳化硅的涂层。这将大大的抵抗了热对神飞器的迫害。

5.。外型线:我们采用流线型设计，防热瓦安装要及其小心，其最终外型线轮廓是在防热瓦安装到飞行器机体上之后才呈现出来。在数控机床完成了表面轮廓成形之后，对进行测量以最终确定，并在室温下在防热瓦表面涂装保护层，从而会产生特有的性质。这一加工外型线的方法相当程度上可以简化热防护系统的制造,并且获得了性能优异的神飞器。

6.。组装及检测:神飞器子系统的组装难度明显会增加，用了连接器和配件紧密组装可以按照要求确保神飞器可靠地获取必要的飞行试验数据、和各种检测