[發明專利]一種利用氣動力輔助的超軌道速度飛行技術方法

有效

• 申請號: 201910598021.0
• 申請日: 2019-07-04
• 公開（公告）號: CN110334439B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 趙吉松;張漢青;龔柏春;胥標;李爽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王慧穎

本發明公開了一種利用氣動力輔助的超軌道速度飛行技術方案，屬于飛行器設計技術領域。該技術方案的基本原理是利用高升阻比飛行器產生指向地心的氣動升力作為向心力的補充，實現超軌道速度飛行而不發生離心運動，同時輔以推力抵消氣動阻力，維持超軌道速度持續飛行。本發明的具體內容為：首先基于高升阻比飛行器建立超軌道速度飛行器的飛行動力學模型；其次基于等高、等速假設，計算飛行器能夠到達的超軌道飛行速度；然后建立超軌道速度飛行器的燃耗計算方法；最后采用優化方法求解燃耗最優飛行方案的軌道參數。這種超高速飛行技術在全球快速達到、航天應急救援等眾多領域具有重要的應用潛力。

技術領域

本發明屬于飛行器設計技術領域，涉及一種超軌道速度的飛行方案，具體是一種利用氣動力輔助的超軌道速度飛行技術方法。

背景技術

臨近空間是伴隨著航空航天技術發展開辟出來的一塊新的領域，通常指20～100km高的空域，介于飛機最高飛行高度與空間軌道飛行器最低飛行高度之間，是一個上可制天，下可制空、制海、制地的嶄新作戰領域。臨近空間高超聲速飛行器技術已成為航空航天技術的制高點，具有不可估量的軍事應用價值和技術帶動性。近年來，世界軍事強國大力研究了多種高超聲速臨近空間飛行器技術，比如高超聲速滑翔飛行器、高超聲速巡航飛行器、空天飛行器等。這些高超聲速飛行器技術構成了全球快速到達(偵察或者打擊等)能力的重要基礎。

盡管如此，這些臨近空間飛行器的飛行速度無法超越軌道速度(即第一宇宙速度)，否則飛行器會做離心運動而脫離地球。我國國防科技大學在國家863計劃研究中曾經提出一種利用氣動力達到“增加”地球引力的等效效果，從而實現超越軌道速度飛行。但是由于飛行高度被限制在70km以上，對應的大氣非常稀薄，飛行器能夠產生的氣動力非常小，只能夠實現1.1倍以內的軌道速度飛行。如果能夠研究出一種在臨近空間實現更高速度的超軌道速度飛行技術，顯然在全球快速達到任務、航天應急救援任務等眾多領域具有重要的應用價值。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的瓶頸以及不足，為了實現更高速度的超軌道速度飛行技術、進一步縮短全球快速達到任務、航天應急救援任務等需要的時間，公開了一種利用氣動力輔助的超軌道速度飛行技術方法，利用高升阻比飛行器產生指向地心的氣動力作為向心力的補充，實現超軌道速度飛行而不發生離心運動，同時輔以推力抵消氣動阻力，維持超軌道速度的持續飛行。

本發明是這樣實現的：一種利用氣動力輔助的超軌道速度飛行技術方法，其特征在于，不僅給出一種利用氣動力輔助的超軌道速度飛行方案，而且給出了超軌道速度的計算方法和燃耗最優軌道優化方法，所述的方案具體步驟如下：

步驟一、基于高升阻比飛行器，建立飛行器以超軌道速度飛行時的受力平衡圖和飛行動力學模型；

步驟二、基于等高、等速假設，計算飛行器能夠達到的超軌道飛行速度；

步驟三、基于等高、等速假設，建立超軌道速度飛行器的燃耗計算方法；

步驟四、針對給定的超軌道速度，采用優化方法求解燃耗最優飛行軌道的參數，即采用優化方法確定燃耗最優的軌道高度和相應的飛行攻角。

進一步，所述的步驟一，其中氣動升力指向地心，氣動阻力采用推力予以平衡，具體方程如下：在縱向平面內，決定飛行器運動的微分方程組為：