外文翻譯2003

1、北京理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯外文原文題目：An analysis of the vertical launch phase of a missile concept中文翻譯題目：導(dǎo)彈垂直發(fā)射過程的分析畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：車載導(dǎo)彈垂直彈射系統(tǒng)方案及彈射內(nèi)彈道性能研究姓 名： 趙若男 學(xué) 院： 宇航學(xué)院 班 級(jí)： 01221201 指導(dǎo)教師： 譚大成 導(dǎo)彈垂直發(fā)射過程的分析摘要通過分析導(dǎo)彈垂直發(fā)射的過程來判定垂直發(fā)射模式對(duì)于短程航行任務(wù)的適用性。這項(xiàng)研究參數(shù)化地檢測(cè)了導(dǎo)彈助推加速變化的影響、轉(zhuǎn)向啟動(dòng)時(shí)間，俯仰率和限制于滿足在最低高

2、度快速轉(zhuǎn)彎的預(yù)期目標(biāo)的推力矢量控制偏轉(zhuǎn)命令。將受基線推力矢量控制的導(dǎo)彈的性能拿來與另一相似的導(dǎo)彈的性能進(jìn)行比較，其中后者僅僅利用的是空氣動(dòng)力學(xué)的控制。呈現(xiàn)的結(jié)果顯示出當(dāng)垂直發(fā)射與推力矢量控制的導(dǎo)彈結(jié)合使用時(shí)，它對(duì)于短程航行任務(wù)而言是一種可行且極具優(yōu)勢(shì)的發(fā)射模式。簡(jiǎn)介比起可訓(xùn)練的發(fā)射系統(tǒng)，垂直發(fā)射呈現(xiàn)出了幾個(gè)更為吸引人的特點(diǎn)。首先，它提供了更強(qiáng)的發(fā)射動(dòng)力。而可訓(xùn)練的發(fā)射器在被訓(xùn)練返回重裝位置之前最多只能發(fā)射兩枚導(dǎo)彈。而這種由于重裝而產(chǎn)生的時(shí)間損失將會(huì)在預(yù)期的高密度突襲方案中起到至關(guān)重要的作用。另一方面，垂直的發(fā)射系統(tǒng)利用的是將導(dǎo)彈儲(chǔ)藏在艙面上方或者下方的密集密封的筒內(nèi)。這些筒對(duì)導(dǎo)彈而言,可以作為

3、發(fā)射平臺(tái)以及航運(yùn)和整理的平臺(tái)。因此，由于垂直箱發(fā)射的概念，整個(gè)導(dǎo)彈彈匣可以在幾秒內(nèi)發(fā)射，導(dǎo)致發(fā)射火力大幅增長(zhǎng)超過可訓(xùn)練發(fā)射器（每單位時(shí)間發(fā)射導(dǎo)彈的數(shù)目）。第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是垂直發(fā)射可提供超過訓(xùn)練發(fā)射的全方面覆蓋的武器（包括鐵路和箱發(fā)射）。為了實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋，可訓(xùn)練發(fā)射器在船的兩側(cè)必須額外安裝幾個(gè)設(shè)備，因?yàn)槊總€(gè)發(fā)射器的上部結(jié)構(gòu)消除了某些點(diǎn)火區(qū)域。這也帶來了一個(gè)問題，即彈匣裝備在突襲時(shí)可能已經(jīng)用盡而不能承受威脅，而其他彈匣裝備仍然是半滿。在垂直發(fā)射系統(tǒng)中導(dǎo)彈是垂直發(fā)射的，當(dāng)它明確了上面的環(huán)境后就可以接受命令投向目標(biāo)飛機(jī)。因此，整個(gè)導(dǎo)彈彈匣可以用來抵抗任何方位的集中襲擊。垂直發(fā)射也減少了發(fā)射器的復(fù)雜性，并

4、允許系統(tǒng)甲板可以占更大百分比，而給發(fā)射裝備較小的百分比。前面的段落用推力矢量控制討論了垂直發(fā)射的一些吸引人的特點(diǎn)。然而，這樣的性能沒有弊端是不可能的。其中一個(gè)弊端是比起一個(gè)可訓(xùn)練發(fā)射器，垂直發(fā)射往往會(huì)增加的導(dǎo)彈飛向目標(biāo)的飛行時(shí)間。這可能會(huì)帶來一個(gè)嚴(yán)重的問題，那就是在近距離范圍內(nèi)的高速掠海時(shí)會(huì)有威脅。導(dǎo)彈飛行必須沿著“既上又下”的軌跡，也就是導(dǎo)彈將在海拔大于目標(biāo)值完成轉(zhuǎn)彎然后必須完成“下方的鳴喇叭”然后再?gòu)纳厦娴哪繕?biāo)返回。如果在該導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎時(shí)的海拔實(shí)在是太高了，有可能是完成攔截的可用歸航時(shí)間不足。第二個(gè)潛在的弊端與垂直發(fā)射的速度是由發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)來控制有關(guān)系。相比于可訓(xùn)練發(fā)射的導(dǎo)彈將在同一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的

5、速度，這被定義為是導(dǎo)彈由于回旋產(chǎn)生的速度損失。比起一個(gè)可訓(xùn)練發(fā)射器，這種影響轉(zhuǎn)化為垂直發(fā)射會(huì)減小射程并且增加投向目標(biāo)所用的時(shí)間。這項(xiàng)工作隨后的目標(biāo)，是分析短程導(dǎo)彈垂直發(fā)射階段的概念。具體地，這項(xiàng)工作希望定量地確定如何改變所選擇的控制參數(shù)（轉(zhuǎn)換速率指令的限制，升壓加速度，轉(zhuǎn)向開始時(shí)刻和噴射葉片偏轉(zhuǎn)指令的限制）對(duì)完成轉(zhuǎn)彎和其相關(guān)聯(lián)的峰值的高度所需的時(shí)間的影響。更希望以確定這些轉(zhuǎn)彎參數(shù)的組合是否將允許導(dǎo)彈從垂直俯仰姿態(tài)開始有足夠的時(shí)間以允許高速掠海威脅的近距離攔截。最后一個(gè)目的是把假定的基線推力矢量控制導(dǎo)彈的性能，與僅利用空氣動(dòng)力控制的最小范圍截距導(dǎo)彈的性能來比較。分析為了研究短程導(dǎo)彈的垂直發(fā)射階段

6、的概念，因此制定了一個(gè)一維平面、三自由度的計(jì)算機(jī)模型。該模型假定了兩個(gè)平移自由度和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。然后顯示了導(dǎo)彈的8自由體圖和坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)中使用的系統(tǒng)。最初，該程序只依據(jù)導(dǎo)彈初始轉(zhuǎn)向來建模。后來，一個(gè)目標(biāo)模型和一個(gè)末端制導(dǎo)階段（比例導(dǎo)航）也加入，是為了解決導(dǎo)彈最小射程能力來抵抗對(duì)于一組給定的掠海高速參數(shù)的威脅。導(dǎo)彈的概念為使用了一組共四個(gè)噴射的葉片，以實(shí)現(xiàn)垂直方向的調(diào)節(jié)比。一個(gè)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)氣動(dòng)控制面以及射流葉片。因此，射流葉片控制面的偏轉(zhuǎn)引起了在氣動(dòng)控制面的等效偏轉(zhuǎn)。射流葉片被安裝在火箭噴頭的分支部，并浸在排氣流中。射流葉片因此會(huì)受推力，其產(chǎn)生的力矩使導(dǎo)彈迅速傳給迎角產(chǎn)生升力并轉(zhuǎn)動(dòng)速度

7、矢量。推力由于角度產(chǎn)生的沿上升方向的分量，也有助于轉(zhuǎn)動(dòng)速度矢量。在低流速時(shí)也會(huì)有低的動(dòng)壓，轉(zhuǎn)動(dòng)速度矢量的力主要是由推力的分量的產(chǎn)生，由于在上升方向的攻角來實(shí)現(xiàn)的。隨著導(dǎo)彈速度的增加，氣動(dòng)升力對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)速度矢量越來越有效。線性導(dǎo)彈空氣動(dòng)力學(xué)作為一種馬赫的功能，被用作計(jì)算，而這種計(jì)算是利用計(jì)算機(jī)內(nèi)部的代碼來完成的。通過縮放參考L的值，以使每偏轉(zhuǎn)度噴氣葉片力都能獲得基線導(dǎo)彈中使用的推力。類似于參考L的自動(dòng)駕駛儀應(yīng)用在3自由度的計(jì)算機(jī)模型中。指揮噴射葉片的命令由速率增益K1和位置增益K2支配。彈體速度和角度構(gòu)成了主要的反饋回路。在指導(dǎo)指令啟動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)于初始彈體姿態(tài)和所需的零度姿態(tài)之間的差別的誤差信號(hào)被施

8、加到自動(dòng)駕駛儀。這種誤差信號(hào)，最初是導(dǎo)致在速度命令的飽和，該命令反過來使噴射葉片飽和。這種射流葉片浸沒在火箭排氣流，產(chǎn)生扭矩以從垂直方向上發(fā)射導(dǎo)彈。為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈俯仰速率接近所指令的傾斜率，燃?xì)舛鏁?huì)向相反方向噴射以防止超調(diào)所需的方向。最后，由于所獲得的導(dǎo)彈俯仰角接近水平面，射流葉片僅提供足夠的轉(zhuǎn)矩以抵消由于攻角產(chǎn)生的氣動(dòng)力矩。這使那些落后于彈體的角度，以“追趕”飛行軌跡的角度。自動(dòng)巡回循環(huán)的線性分析和計(jì)算增益K1和K2的程序在附錄中有涉及。可供選擇的參數(shù)范圍如下，它們是用來評(píng)估在減少轉(zhuǎn)彎時(shí)和轉(zhuǎn)彎時(shí)達(dá)到峰值高度的效果。但并非所有的參數(shù)組合的運(yùn)行都是為了減少事故的發(fā)生。比較水平和垂直發(fā)射在進(jìn)入軌道時(shí)

9、的差別摘要橫向（提升）和垂直（非升降）發(fā)射進(jìn)入低地球軌道（約218名公里，距135英里）時(shí)，近似的運(yùn)動(dòng)和跨大氣層飛行的導(dǎo)彈的比較被提出。分析的方法是基于指數(shù)假設(shè)的查普曼的Z-功能轉(zhuǎn)變的運(yùn)動(dòng)方程。而這些方程已經(jīng)被修改過，以包括考慮助推時(shí)產(chǎn)生的質(zhì)量損失。修改后的轉(zhuǎn)化公式可以產(chǎn)生各種分析解決方案，包括對(duì)于重量比提升飛行，對(duì)于提升非升降的飛行，同時(shí)在重力的作用下轉(zhuǎn)彎。從這些解決方案可以預(yù)計(jì)到可能會(huì)獲得有效載荷能力（作為發(fā)射重量分?jǐn)?shù)）和會(huì)遇到相對(duì)氣動(dòng)加熱負(fù)載。這樣的估計(jì)提出了使用推力分別JP/烴和氫燃料和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖的典型值理想化的用于車輛的單級(jí)軌道。在一般情況下，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)特/烴燃料是用于起吊上

10、升（高達(dá)約7.5馬赫數(shù)）的空氣-呼吸-推進(jìn)階段時(shí)，會(huì)有超過垂直發(fā)射水平發(fā)射的有效負(fù)載能力小的優(yōu)勢(shì)。 如果液態(tài)氫被用來代替烴燃料的時(shí)候，那么燃料只會(huì)在有效載荷部分（約13）有一個(gè)小的增加。當(dāng)在氣動(dòng)加熱較大水平推出的情況下，可以通過在大氣層上部使用陡峭的上升飛行路徑使之降低到可接受的水平。簡(jiǎn)介空間研究和開發(fā)的重要項(xiàng)目的概況是美國(guó)在全國(guó)委員會(huì)對(duì)空間的報(bào)告提出來的，這一項(xiàng)目是要本世紀(jì)余下的時(shí)間和下世紀(jì)初的時(shí)間發(fā)展的。在審議中提出的許多項(xiàng)目是交替開發(fā)的，這意味著航天飛機(jī)將運(yùn)送有效載荷送入軌道。這一項(xiàng)目指出，國(guó)家的現(xiàn)代化運(yùn)輸目標(biāo)之一是應(yīng)降低運(yùn)送乘客和貨物到低地球軌道的成本。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)針對(duì)開發(fā)高性

11、能跨大氣層飛行器水平起飛和著陸能力的可行性展開大力研究和開發(fā)展示。這些飛行器將采用最新進(jìn)展的機(jī)身材料技術(shù)，同時(shí)使用吸氣式和火箭推進(jìn)系統(tǒng)的各種組合。由于航天飛機(jī)艦隊(duì)將在2000年結(jié)束此項(xiàng)設(shè)計(jì)，一個(gè)后續(xù)的設(shè)計(jì)或更換的發(fā)展必須很快開始。之前推出型號(hào)的使用（水平或垂直）的關(guān)鍵決定必須由美國(guó)航空航天局達(dá)成意見，決定達(dá)成后航天飛機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)就可以開始了。也就是說，因此，極為重要的是是否能盡快將橫向發(fā)射帶來的足夠的利益來平衡在研究和開發(fā)中的巨大投資成本。本文試圖利用查普曼開發(fā)的一種分析方法來估算水平和垂直發(fā)射進(jìn)入低地球軌道的相對(duì)效率。對(duì)于效率的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)燃料的需要量（如剝離重量分?jǐn)?shù)），但也包括熱保護(hù)

12、要求的考慮。如果在上層大氣中高速飛行的持續(xù)時(shí)間超出正常時(shí)間太長(zhǎng)，熱負(fù)荷可能會(huì)變得驚人的大（這就需要復(fù)雜的或不切實(shí)際的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）。由于這個(gè)原因，在分析中評(píng)估了陡峭的上升飛行軌跡的影響。它并不意味著本文中所呈現(xiàn)的結(jié)果可以用作不沿著跨大氣層飛行器的運(yùn)動(dòng)的估計(jì)，也不可武斷的估計(jì)其他簡(jiǎn)化的加熱飛行路徑（一階）。然而，可以相信的是，本文提出的趨勢(shì)可以以初步的方式來評(píng)估這兩種類型的發(fā)射方式和可在任一情況下考慮的各種飛行路徑的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)，足以見這種評(píng)估是足夠精確地。新的空中發(fā)射理念：垂直空中發(fā)射概念（VALS）簡(jiǎn)介在過去五十年已經(jīng)出現(xiàn)了很多關(guān)于空中發(fā)射概念的研究。在這么長(zhǎng)的時(shí)間里，只有一個(gè)空中發(fā)射低地球軌

13、道（LEO）能力系統(tǒng)被填充那就是飛馬科學(xué)軌道。它最初是由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）在1987年資助建立的，希望它可以導(dǎo)致一個(gè)低成本的小型航天器的能力。自那時(shí)以來，其他幾個(gè)方案都試圖實(shí)現(xiàn)從發(fā)射范圍的限制自由連接到操作（CONOPS）的響應(yīng)概念以及廉價(jià)空中發(fā)射的雙重突破。至今為止還沒有一個(gè)付諸實(shí)踐呢。一個(gè)顯著的關(guān)注點(diǎn)是導(dǎo)彈發(fā)射的安全性。對(duì)飛機(jī)的飛行許可機(jī)構(gòu)來說，發(fā)射飛船附近的艦載機(jī)爆炸的恐懼一直是一個(gè)嚴(yán)重的問題，。例如，其中一個(gè)主要的原因是空中發(fā)射公司LLC在2007年被取消，而被取消的原因是飛行許可機(jī)構(gòu)對(duì)C-17A艦載機(jī)內(nèi)攜帶液體燃料的恐懼。這種恐懼是沒有依據(jù)的。之前的快速抵達(dá)項(xiàng)目取消

14、半年后，液體燃料的海上發(fā)射天頂-3SL號(hào)在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火數(shù)秒后于其浮動(dòng)發(fā)射臺(tái)上爆炸。由于發(fā)射臺(tái)平臺(tái)是由所有的工程師在自動(dòng)啟動(dòng)過程中已空出，所以沒有人受傷。在1960年，液體的第二接地測(cè)試燃料X-15火箭飛機(jī)和它的XLR-99發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其自身造成粉碎爆炸，飛機(jī)尾部有一主要爆炸，而爆炸投擲出的剩余機(jī)身大約有二十英尺。飛行員沒有在爆炸或火災(zāi)中受傷，但如果這次爆炸發(fā)生當(dāng)飛行的時(shí)候飛機(jī)附著到B-52載體飛機(jī)上時(shí)，飛機(jī)和飛機(jī)上所有的船員可能已經(jīng)喪失。X-15計(jì)劃仍在繼續(xù)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)美國(guó)是在與蘇聯(lián)比賽建立更有能力的飛行器，而且X-15方案中的研究數(shù)據(jù)認(rèn)為更大力度的評(píng)估安全風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。在X-15方案于1968年結(jié)束

15、之前是沒有攜帶液體燃料的發(fā)射器在空中發(fā)射的。固體火箭也可能會(huì)這么危險(xiǎn)。1993年，當(dāng)固體燃料探空火箭在歐洲探空火箭范圍點(diǎn)燃時(shí)，一名瑞典的技術(shù)人員喪失了性命。在1964年的早些時(shí)候，在德爾塔火箭的第三級(jí)固體燃料在肯尼迪角旋轉(zhuǎn)測(cè)試設(shè)施建設(shè)時(shí)同時(shí)點(diǎn)燃，造成11名工人喪生。雖然混合動(dòng)力火箭比其他液體或固體認(rèn)為更加有安全性，但仍然會(huì)有意外事故發(fā)生。例如，在2007年在美國(guó)加州莫哈韋沙漠的一氧化二氮噴射器的測(cè)試過程中發(fā)生爆炸，三名技術(shù)人員致死。本文描述了一個(gè)叫做垂直空中發(fā)射器的正在申請(qǐng)專利的新的垂直空中發(fā)射概念（VALS），它相比較之前已經(jīng)嘗試過的其他空中發(fā)射方式而言，提供了更多的優(yōu)勢(shì)。尤為一提的是，這種

16、放射方式解決了前面提到的安全問題。本文的第一部分把空中發(fā)射和地面發(fā)射進(jìn)行了比較，推出并介紹了每種發(fā)射方式的優(yōu)缺點(diǎn)。第二部分介紹了空中發(fā)射的地球到軌道發(fā)射裝置的不同方法，并給出了它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。然后將新的垂直空中發(fā)射概念的重量和成本的估計(jì)加以描述。其他部分描述了（一）一些附加到現(xiàn)有牽引飛機(jī)以及涉及到飛機(jī)修改的手段，（二）各種候選牽引飛機(jī)的評(píng)估，（三）所使用的新的尾部軌跡交叉的垂直空中發(fā)射概念以及超過以前所有使用了傳統(tǒng)的正向交叉軌跡的空中發(fā)射的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，（四）從垂直空中發(fā)射概念發(fā)布的幾個(gè)交替方法，其中包括飛人，掛繩空投（T / LAD）等方法。最后一部分是總結(jié)。地面到空中發(fā)射的空間飛行器地球軌道

17、飛行任務(wù)通常是由地面設(shè)施，如卡納維拉爾角發(fā)射的。然而地面發(fā)射會(huì)由于惡劣天氣存在發(fā)射延遲問題，因而清除附近的空中交通情況是有必要的。如果存在海運(yùn)交通的潛在影響，那么不管是否有官方的發(fā)射指示，當(dāng)前范圍內(nèi)警察都是不允許發(fā)射的。地面發(fā)射將他們所述發(fā)射器的范圍和相關(guān)的高費(fèi)用與發(fā)射的主要范圍和發(fā)射臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施投資的費(fèi)用聯(lián)系在一起。通常在同一時(shí)間內(nèi)只能進(jìn)行一次發(fā)射，為下次啟動(dòng)而整修一個(gè)給定的發(fā)射臺(tái)需要幾個(gè)星期的時(shí)間。除了會(huì)受到天氣延誤的影響外，發(fā)射范圍也容易遭受如颶風(fēng)等自然災(zāi)害的影響。最后，軌道的傾向會(huì)被限制。例如，由于東部加勒比島嶼飛行的關(guān)注的約束，從卡納維拉爾角發(fā)射只有東到東北的軌跡被允許。最后，出于對(duì)艦載機(jī)安全的考慮取消了艦載機(jī)后，空中發(fā)射裝置被啟動(dòng)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)，那么發(fā)射器可能會(huì)丟失。這在