火箭飞机

曾达生

到目前为止，飞行器的发展已经达到了很高的成就。在社会主义国家的苏联，各种新型的飞机得到广泛地、普遍地应用。不仅如此，而且可以有计划的使用最近代飞行器——宇宙火箭——进行巨大的科学研究工作，为人类征服宇宙作好准备工作。

尽管飞行器得到这样飞跃的发展，但是人类还没有驾驶飞机上升到40公里以上的高空，即使坐在绝对密闭的座舱内。是什么原因妨碍了我们进入这样的高空呢？这就是“空气问题”。大家都知道，没有空气飞机就不能飞行，因为不能产生举力。由于高度愈高空气愈稀薄，产生的举力就愈小(举力的大小与空气密度的大小有关)。在30公里的高空，大气只有地面的百分之一。若地面每立方米空气重1.3公斤，而在80公里高空上，每立方米空气重量低于2毫克(1毫克等于千分之一克)。在这样稀薄的空气内，气流流过机翼时不能产生足够大的举力，需要空气的发动机(如空气喷气式发动机)也不能工作。这好比人没有空气不能生活一样。从这里我们看到空气对飞机来说是多么的重要。无怪乎，对于利用空气动力的飞行器来说，要将其飞行高度增加一公里，都是很困难的。

现在有翼飞行器的飞行，都被限制在很狭小的空域中，飞行的速度和高度都有一定的范围。如在空气稀薄的高空，飞机得不到自己所必需的举力，就不能飞行；在空气稠密的低空中，由于空气动力的加热，就限制了飞机以高速飞行。当然，人们是不会满足于这种状况的。

火箭飞机

目前，在飞行器中只有火箭能飞出大气层，火箭飞行器中装的火箭式喷气发动机可以在没有空气的空间内工作。火箭飞行器也没有翅膀。它在空中不是由空气产生举力来支持的，它是在几个作用力的平衡条件下飞行的。其中起支持作用的是火箭发动机的推力。

火箭不仅可以飞出大气层，而且具有很大的速度。火箭的这些特点引起飞机设计师们的注意。于是，人们就想利用现代喷气技术的力量与航空科学上所取得的伟大成就，创造一种既能为驾驶员操纵、又像火箭那样高飞的新型飞行器，即所谓火箭飞机。

火箭飞机与火箭是不同的，它是具有翅膀的火箭，它安装的是能在真空中工作的火箭式喷气发动机。除了能进入空气稀薄的高空之外，还可以回到稠密的大气层中利用翅膀产生举力，进行滑翔飞行，并且是有人驾驶的。它可以改变飞行方向，可以增加飞行距离及急烈刹车等。

制造火箭飞机中一个很主要的困难问题，就是如何保证它能够安全降落。

高空飞行的三种轨道

飞行器在高空中可能有三种轨道(图1)。一种是弧线很大，弧线的顶点伸入到宇宙中、而起点和终点在地面上，这就是弹道火箭的轨道。弹道火箭不能在大气中作滑翔飞行，也不能改变方向。因此，它的轨道像一个抛物线形状，这轨道也是预先计算好了的。

图1

1.大气2.滑翔火箭飞机轨道3.弹跳式火箭飞机轨道4.弹道火箭轨道。

直到目前，除火箭在高空飞行之外，预定用在大气上层飞行的飞行器方案很多。据报导，超过250种，这些方案中大多数为火箭飞机。

火箭飞机作弹道火箭的轨道飞行是不合适的，因为火箭飞机俯冲下来的加速度可增加十倍，同时被加热到摄氏2500度。

因此有人提出另一种滑翔飞行轨道。这就是火箭飞机在空气中进行自由滑翔，速度逐渐减小，最后达到着陆速度。因此飞机的动能转变为热能如同速度变化一样，是逐渐进行的，所以，几乎全部形成的热量都散失在空中。根据计算表明，这种飞机的表面温度约为摄氏870度。

还有一种弹跳轨道(波浪式的滑翔)，这种飞行比较复杂，其轨道包括了飞行器进入大气中的弹跳阶段。这种轨道是在得到一定的升力后，重新飞出大气，然后又下滑，又上升……。这种轨道，一开始波动振幅较大，后来愈来愈小，最后沿着下降的轨迹滑行，一直到落地。

奇特的飞机外形

在高速(每小时10000－12000公里)飞行时，火箭飞机机翼和机身互相的作用起了本质上的变化，设计家们不得不抛弃固有的现代飞机外形的结构。

空气动力学家认为，在飞行器前面产生的冲波，可能由于重新分配的原因而互相抵销，使得前面的波阻为零。为此，应该创造奇特的飞机外形。这里列出了两种想像的未来的火箭飞机外形方案。图2是一种飞机尾部的横断面积很大，机翼的后端和飞机尾部都作成钝形状，并且是实心的。机翼与机身都为楔形，完全对称的装配在一起，火箭飞机像一把半截四棱体刺刀一样。这样的安排有很大的好处，因为由机身产生的压力场，将作用在整个机翼的下面，使飞机升力大大的增加。即使在冲角为零时，升力也还会是很大的。

图2楔形机翼和机身的火箭飞机

另外可在火箭飞机上固定补助的反波面，在这种反波面的帮助下，可以减少波阻。例如，在火箭飞机翅膀下面的活动的塔形物上装一个不大的平板——辅助小机翼，同时它在主机翼下面产生额外压力，也可使机翼升力显著的增加。图3所示为上下都装有反波面的火箭飞机方案。

图3上下都装有反波面的火箭飞机方案

火箭飞机的起飞与弹道火箭的起飞差不多。为了加快火箭飞机的速度，火箭发动机不停地开动着，加速度紧紧地把飞行员压在倾斜的座椅上。起飞后，高度迅速地增加，速度达到每小时20000公里。

火箭飞机的飞行与降落

飞行分为两个阶段。前一阶段为动力飞行(有发动机工作时的飞行)；其后是滑翔飞行(发动机停车后的飞行)。动力飞行时，燃料很快地消耗完了，火箭也迅速上升到大气稀薄的上空，火箭飞机获得了足够的动能与位能，在这时，火箭飞机驾驶员也许可以隐约地看到大陆和大洋，并且感到失重。火箭发动机停车后，飞机在重力与惯性力的作用下飞行，然后又进入稠密大气。

在大气中，依靠它的翅膀而产生支持本身的举力。可以利用自动装置引导飞机滑翔。如果要改变飞行方向，飞行员可以开动装在机翼上的火箭发动机。

飞行速度和高度不断地降低，飞机表面的温度也就不断的增加……那么，飞机在低空是否会像卫星那样烧毁呢？

最新科学的发展，有可能防止飞行器的剧烈加热而烧毁。在这些方法中有沿着螺旋轨道下降的方法；采用反推力装置；采用冷却的方法；在飞机表面涂上抗热材料，如陶瓷、塑料等及利用最新的方法——电磁力制动(参阅本期第13页飞行器的电磁力制动一文——编者)等。如果这些方法能成功地用来减低高速飞行器的速度，那么，飞行器就可以安全的落到地面上。

现代火箭发动机及自动控制方面所取得的成就，现代超音速空气动力学的发展，对今后火箭飞机的发展将起着很重要的作用。

这里所谈的只是有关火箭飞机中一些粗浅问题。事实上，在目前要制造火箭飞机还有很多的困难。但是，根据现代技术飞跃的发展，这种飞机不需要太久就会为我们人类生活服务了。