专利名称：可作民航之用的航天飞机的简便易行方案的制作方法
所属技术领域流体力学、航空、航天技术。
背景技术：
目前，航天飞机只用于科研和军事，航空飞机航速低、油耗大、污染严重，性能却不能令人满意。
发明内容
这是一种在涡轮喷气航空飞机基础之上加以改进，使之变为民用航天飞机的切实可行方案。
特点1.不需要隔热瓦等复杂昂贵的防护设施，比现有航天飞机简单得多，造价低廉。
2.不需要笨重的、昂贵的助推火箭，甚至都不需要火箭发动机。
3.不需要专用设施升空和返回，甚至不需要专用机场和跑道。
4.不需要庞大复杂的地面监控及服务队伍。
5.低迎角(相对于现有航天飞机)、低加速、低超重、低失重、低噪音、低太空飞行，比现有航天飞机甚至协和飞机舒适许多，乘客无须特殊训练。
6.环保性能优异，亚音速、高爬升率迅速升空，穿过大气稠密区，噪声污染比任何航空、航天器都小。在平流层底层飞行，空气密度仅为海平面1％，故破坏臭氧层的氮化物生成甚微。
7.在高真空中飞行，空气阻力极小，机械效率高，吨公里油耗显著降低(液氧的工业制备简单，之所以成本高是因为液氧用途不是很广，加之未能综合利用)。更主要的是节省宝贵的时间。忽略起降过程，并假设海拔30Km处初速度为零，加速力约为0.1g，那么S＝at2/2，1000Km航程仅用不到24分钟，4000Km航程仅用不到48分钟。
8.安全性极好，飞行速度快意味着飞行时间短，发动机的故障率及空难的概率都会大幅减小，在真空中飞行，与机身相连的主要的部件应力几乎为零，减少疲劳损伤的机会。在低太空飞行，降落时来不及加速到热障限度就进入大气稠密区。不存在现有航天飞机的“九死一生”的起降危险。
9.若机身和机翼按军用飞机来设计，其用途还可拓展到军事领域，其性能将大幅提高。
运行说明以民用为例，在民航跑道上大迎角(相对于现有航天飞机)、低加速度起飞，避开“声障”和“热障”，以亚音速尽快穿过对流层，随着高度的上升，空气越来越稀薄，对于航空飞机而言，速度越快升力越大，可以弥补一部分空气稀薄造成的升力损失，但发动机功率下降的损失却无法弥补，此时即到达升限，约海拔18Km左右，此时可以开始并逐渐加大对发动机的液氧喷入量，以维持并逐渐加大发动机的推力。但对于航天飞机，众多的机翼和舵几乎失去作用，流体力学定率渐不适用，升力主要靠发动机推力的垂直分量，需启动姿态调整发动机，适当调整迎角，并加大发动机的马力，直至海拔30Km附近，并维持此高度继续前进。此时共受五个作用力，地心引力↓Fg＝GMm/r2；空气阻力←Fa＝Kv2；发动机推力的水平分量→Fh；发动机推力的垂直分量Fv↑；飞机绕地心运动的离心力↑Fc＝v2/r。全部都是变量，距海平面30Km，与地球半径相比甚微，可看作Fg＝Mg，空气阻力近乎为0，适当的飞行迎角可令地心引力与发动机推力的垂直分量相等，机身将保持在该高度，那么作用在飞机水平方向就只有一个向前的水平力，速度会越来越高，离心力也越来越大，为保持高度不变，飞行迎角会越来越小，这就意味着，更多的力被用来加速，……，假使燃料和时间足够，终将会达到第一宇宙速度。就不需要发动机推力，而借惯性到达地球表面任意点。事实上由于发动机的效率、燃料的能量密度、质量比等，且随着速度的提高，阻力越来越不能忽略，要达到第一宇宙速度是很困难的，但这并不很重要了，即使是正常飞行速度达到10马赫，5马赫甚至3马赫，各方面指标也远优于“协和”客机，从中也不难找出最佳经济飞行速度。
在接近目的地之前，关闭主发动机，再次启动姿态调整发动机，使其绕重心与地心连线旋转180°，使机尾朝前进方向，开启并加大马力，使速度减至1200Km/h左右，在进入大气稠密区之前，使其方向调整回来，按航空飞机的方式飞回机场降落。
具体实施例方式
方案一1.除航空飞机的燃料仓外，还需配备氧化剂仓，主要是给发动机用，以保证在空气稀薄的低太空中发动机有足够的推力。
2.在如伊尔-62或麦道-82类似机上配备强力发动机象型号为Olympus 593或军用飞机发动机如PW-200，而且发动机的数量必须为偶数，旋转方向相反，安装位置还要轴对称，以抵消发动机对机身的反力矩，又可作X轴姿态矫正。
3.发动机推力作用点连线必须与飞机总重心(质心)重合，以保证加速时机身不承受附加转矩。
4.人员及货物包括燃料和氧化剂位置尽量按重心对称分布并严格加固定。
5.设置一双向燃料平衡泵，两端分别连至燃料仓前后最远端，用以调整重心，还可作Y轴姿态矫正。
6.在真空中飞行，主翼、副翼、尾翼、升降舵、方向舵等都已失去作用，姿态调整装置是必不可少的，使其能够在三维空间自由旋转，但事实上X、Y轴均有上述替代，仅增加Z轴姿态矫正即可。
7.驾驶仓上下方均要安装了望窗，以便大迎角飞行了望之用。
8.虽然是在低太空中飞行，驾驶员及旅客的太空防护亦不能少，包括坐椅安全带，只不过等级没有现有航天飞机那么高。
9.座位前后倾角自动调整装置，使座位轴线始终与地面保持垂直，以保证长时间飞行，不会有不舒适的感觉。
方案二1.发动机可绕飞机重心上下旋转，可保持高空飞行机身始终保持水平，飞行阻力更小。
2.可忽略上述第9项，其余同方案一。
权利要求
这是制造或用航空飞机改装民用航天飞机的方案，除现有航空飞机所有配置、构造外
1.配备氧化剂仓，主要是供发动机用。
2.涡轮喷气发动机的数量为偶数，左右侧旋转方向相反，安装位置还要轴对称，左右侧推力可分别控制，兼可作X轴姿态矫正。
3.发动机推力作用点连线与飞机总重心(质心)重合。
4.双向燃料平衡泵(非燃油供应泵)，两端分别连至燃料仓机头侧和机尾侧最远端，用以调整重心，兼可作Y轴姿态矫正。
5.在类似目前的航空飞机上安装姿态调整装置，能在三维空间改变机身姿态。
6.驾驶仓下方安装了望窗。
7.座位前后倾角自动调整装置，使座位轴线始终与地面保持垂直。
8.发动机可绕飞机重心相对机身上下旋转。
全文摘要
集中现有航空飞机、航天飞机之大部分优点，与现今世界仅有的美国航天飞机相比，它不需要助推火箭和外挂燃料箱，机内也不需要火箭发动机。利用或稍加改造利用现有民航机场、跑道等设施，水平起飞、降落，在30km以上真空飞行。可用诸如波音－747或A340等，加大发动机功率[推重(起飞重量)比大于1]，增设氧化药剂仓、姿态调整系统等加以改造即可。造价远低于现有航天飞机，可用于民航，性能远优于协和客机。
文档编号B64G1/14GK1569565SQ03144018
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月27日 优先权日2003年7月27日
发明者赵玉福 申请人:赵玉福