ez火箭是如何工作的

由:克雷格•Freudenrich博士。

EZ-Rocket的俯视图。查看更多EZ-Rocket图片。

上太空是很昂贵的——事实上,每磅大约1万美元。所以直到最近,只有政府才能负担得起进入太空的费用。但是在2004年,商业航天器太空飞船两次进入外太空的亚轨道飞行,赢得了1000万美元的安萨里奖X奖.“太空船一号”从约4.6万至4.8万英尺的飞机上坠落,点燃火箭引擎,飞行到15万英尺,重新进入地球大气层,滑翔着陆。但是,商业宇宙飞船能否自行从地面起飞,进入外太空,然后再在跑道上着陆呢?这是XCOR航空航天公司的目标,从ez火箭开始。

在本文中,我们将了解ez火箭背后的技术,并了解XCOR计划如何在未来扩展这一技术。

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EZ-Rocket基础知识

EZ-Rocket是第一架私人制造和飞行的火箭飞机,是新技术的试验台。XCOR航空航天公司设计了ez火箭,他们在伯特·鲁坦的Long-EZ火箭的基础上进行了改进飞机.Long-EZ是由鲁坦的飞机工厂制造的自制飞机套件。它是固定翼飞机鸭翼飞机,这意味着它的尾翼在机翼的前面而不是后面。这使飞机具有良好的滑翔特性,使其成为火箭飞机的理想选择。

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一架鲁坦龙- ez 160尾翼在飞行员前面
公共域照片Adrian Pingstone

ez -火箭的改装包括:

  • 两个液体燃料火箭发动机更换飞机后部的螺旋桨发动机
  • 下面装有异丙醇(外用酒精)的加压燃料箱
  • 两个铝罐(聚苯乙烯绝缘)在后面,保持氧化剂,液态氧
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EZ-Rocket主要组件

鲁坦增加了外部燃料箱,因为原来的Long-EZ燃料箱没有设计成容纳酒精或承受高压。他补充氧气罐是因为火箭引擎必须自己携带氧气(飞机引擎从大气中获得氧气)。

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ez火箭发动机和氧气罐

EZ-Rocket上的每个火箭引擎能产生400磅的推力(每航天飞机主发动机,或SSME,产生约37.5万磅的推力)。火箭发动机不需要产生巨大的力量航天飞机因为它们不需要像航天飞机那样提升那么多的质量。和航天飞机的引擎一样,EZ-Rocket的引擎也是再生冷却.这意味着冷的液体燃料被泵入燃烧室周围,以去除多余的热量,防止它们熔化。ez火箭携带的燃料只够火箭燃烧3.5分钟。

接下来我们将详细了解ez火箭是如何工作的。

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它是如何工作的

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ez火箭起飞

当飞行员(通常是伯特·鲁坦的兄弟迪克)启动ez火箭时,酒精在压力下从燃油箱流入火箭引擎。活塞泵将液氧泵入发动机。XCOR公司不得不设计一种独特的泵,因为在其他火箭发动机中使用的涡轮泵太大了。然后用电点火器点燃燃料和氧化剂。燃烧的开始。热气从火箭喷管的后面喷出,产生推力。两个引擎都在运转(产生800磅的推力),起飞只需要20秒和1650英尺(500米)的跑道。

ez火箭像传统飞机一样起飞、飞行和降落,但有一些例外:

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  • 火箭发动机燃烧约两分钟,以达到195节(马赫0.4)。同样大小和型号的传统飞机(Long-EZ)无法达到这些速度——只有喷气式飞机可以。
  • 火箭飞机以每分钟10,000英尺(52米每秒)的速度爬升。
  • 它的最大高度可以达到近2英里(1万英尺,约3公里)。
  • 在飞行过程中,飞行员可以打开和关闭火箭发动机进行调整,比如在跑道上排队等待着陆。
  • 当燃料耗尽时,火箭飞机滑行降落在跑道上。大多数飞机在动力不足的情况下着陆。

在一次测试中,飞行员做了一个测试惊险的动作——他在没有动力的情况下降落在跑道上,翻滚了几百英尺,重新点燃火箭引擎,再次起飞。ez -火箭已经成功地进行了15次飞行和一些测试,包括触碰即走机动和飞行中中止机动。它还在航展上展示了它的能力,包括2005年在新墨西哥州举行的x杯火箭竞赛博览会。

EZ-Rocket的液态氧/酒精发动机的点火试验。羽流中的一系列环是冲击钻石,或称马赫盘,当排气羽流的压力低于大气压力时就会发生。"width=
EZ-Rocket的液态氧/酒精发动机的点火试验。羽流中的一系列环是冲击钻石,或称马赫盘,当排气羽流的压力低于大气压力时就会发生。

虽然EZ-Rocket是在Long-EZ机身上建造的,但它从来没有打算用于个人用途——只是作为新技术的试验台。但就像任何飞机或航天器一样,必须有内置的安全功能,以满足最频繁的紧急需求,比如在发动机或发动机故障。EZ-Rocket在发动机舱内安装了一个与仪表盘相连的紫外线火灾传感器,一旦发动机着火就会向飞行员发出警报。当飞行员按下仪表板上的开关时,舱内的两个装有加压氦气的大瓶子被用作灭火器。每个引擎都有自己的控制系统,并且可以独立地开启和关闭(EZ-Rocket可以在一个引擎上爬升)。每台发动机都有一个由凯夫拉尔纤维制成的防爆罩和一个燃油耗尽后会向飞行员发出信号的燃尽传感器。

如果有必要,飞行员可以降低燃料箱的压力,并将酒精和/或液氧排放到大气中。如果发生火灾或一个引擎不能关闭,他也可以关闭两个引擎的燃料。主阀和点火器连接在一起,以防止气体在燃烧室中聚集而不小心点燃,推进剂阀连接在一起以协调阀的正时。伞盖可以迅速打开,飞行员有一个降落伞,以防他不得不退出ez -火箭。

XCOR成功地测试了飞行中中止机动中的许多安全特性。现在,该公司正在EZ-Rocket的成功基础上开发两个新项目。我们将在下一节中学习这些内容。

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火箭赛车手和Xerus

《前沿火箭赛车》(Leading Edge Rocket Racing)的海报,这是《火箭赛车联盟》(Rocket Racing League)的第一支团队"width=
《前沿火箭赛车》(Leading Edge Rocket Racing)的海报,这是《火箭赛车联盟》(Rocket Racing League)的第一支团队

ez火箭进行了最后一次飞行,测试新的火箭飞机技术。XCOR航空航天公司现在正在进行两个新项目:火箭赛车和亚轨道航天器的开发。

火箭赛车手

安萨里x奖的创始人彼得·戴曼迪斯博士建立了火箭赛车联盟(RRL)格兰杰·怀特洛,两届印第安纳波利斯500冠军。戴曼迪斯和怀特洛设想有广泛的电视报道和大批像纳斯卡.火箭赛车手们将在5000英尺高、两英里长的赛道上进行世界范围内的独立比赛。粉丝们将观看由Sportvision(同一家公司创建的“1和10”足球场上的线)。新墨西哥州拉斯克鲁塞斯(Las Cruces)举办的年度活动“X Prize Cup”(X Prize Cup)中,200万美元的奖金将成为赛季的高潮。

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火箭竞赛联盟将激发私营公司新技术的发展,并激励新一代的火箭科学家。在2005年的X-Prize杯上进行了火箭竞赛测试演示。2006年1月,火箭赛车联盟宣布比赛为粉丝们命名第一辆Mark-1 X-Racer。奖品包括一年内所有火箭赛车联盟活动的VIP通行证。胜出者将于2006年10月宣布,届时Mark-1 X-Racer将首次向公众公布。

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《Rocket Racing League》的美术渲染图
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Mark-1 X-Racer开发车
照片礼貌火箭赛车联盟

Xerus: XCOR的下一步

XCOR航空航天公司的下一个项目是创建亚轨道航天飞机, Xerus。他们已经确定了三个可以从廉价、可重复使用的运载火箭中受益的市场:

  • 太空旅游-许多人想体验零重力和外太空,但负担不起2000万美元的太空旅行。亚轨道飞行将使乘客在60英里(100公里)的高空有3分钟的失重状态。
  • 亚轨道的有效载荷-目前,航天飞机或探空火箭携带许多不必在轨道上进行的小型科学实验。其中一些实验对于航天飞机的任务来说是次要的,可能会在飞行中被取消。有了Xerus,他们可以完成专门的任务。
  • 推出微卫星- Xerus可以作为第一阶段交付微小卫星小载荷。运载火箭将把卫星放在一个较小的火箭级上,释放它,然后让火箭将微型卫星发射到轨道上。这将比使用专用的多级火箭或航天飞机更便宜。
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艺术家对薛鲁斯的渲染

Xerus将使用几个主引擎到达100英里(约65公里)的高度,然后沿海岸到达130英里(约100公里)。它的最高速度将达到4马赫,大约比ez火箭快10倍,并将像传统飞机一样起飞和降落。一旦离开大气层,飞行器将使用50磅的火箭推进器进行操纵(姿态控制)。Xerus将使用在EZ-Rocket上开发和测试的液体燃料火箭技术。它还将使用活塞泵燃料和氧化剂(ez火箭只使用一个氧化剂)。XCOR公司正在为NASA和国防部开发这项技术。

这是Xerus发射小载荷的效应器"width=
这是Xerus发射小载荷的效应器

一旦XCOR完成Xerus的设计,它就计划进行20次试飞。

更多关于EZ-Rocket, Rocket Racing League, Xerus和相关主题的信息,请查看下一页的链接。

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来源

  • Belfiore,迈克尔。“X-Racers,启动你们的火箭!”大众科学,2006年2月。http://www.popsci.com/popsci/aviationspace/f1fd870c7a079010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
  • “火箭飞机创造了记录。”机械设计,2006年2月23日。http://www.machinedesign.com/ASP/viewSelectedArticle.asp?strArticleId=59966&strSite=MDSite&catId=0
  • XCOR航空航天:EZ-Rocket http://xcor.com/ez.html
  • XCOR航空航天:进入亚轨道http://xcor.com/suborbital.html
  • x奖杯http://www.xpcup.com/index.cfm

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