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(guò)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(guò)程的分析摘要通過(guò)分析導(dǎo)彈垂直發(fā)射的過(guò)程來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(lái)了一個(gè)問(wèn)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(lái)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(méi)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(lái)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)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(kāi)關(guān)來(lái)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(lái)建模。后來(lái)，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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)完成的。通過(guò)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(guò)來(lái)使噴射葉片飽和。這種射流葉片浸沒(méi)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(lái)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(guò)，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(guò)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(lái)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(guò)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)大力研究和開(kāi)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(kāi)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(jiàn)，決定達(dá)成后航天飛機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)就可以開(kāi)始了。也就是說(shuō)，因此，極為重要的是是否能盡快將橫向發(fā)射帶來(lái)的足夠的利益來(lái)平衡在研究和開(kāi)發(fā)中的巨大投資成本。本文試圖利用查普曼開(kāi)發(fā)的一種分析方法來(lái)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(lái)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(jiàn)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(guò)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(lái)，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(méi)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(lái)說(shuō)，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(wèn)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(méi)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(guò)程中已空出，所以沒(méi)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(méi)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(méi)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?tīng)査鸺牡谌?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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(wú)法啟動(dòng)，那么發(fā)射器可能會(huì)丟失。這在