[發明專利]一種提升航向穩定性的高超聲速飛行器及其設計方法

有效

• 申請號: 202010680390.7
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111994263B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 劉文;張陳安;李文皓;楊磊;王發民
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: B64C30/00
• 分類號: B64C30/00;B64C1/06;B64C3/00;B64F5/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 李傳亮

本發明涉及飛行器的技術領域，涉及一種提升航向穩定性的高超聲速飛行器及其設計方法，包括翼身，所述翼身包括機身和設置在機身兩側的機翼，其特征在于：所述機身包括機尾段和與機尾段相連的機頭段，所述機尾段的側壁上開設有弧型凹面，且機尾段靠近機頭段的直徑小于機尾段遠離機頭段的直徑。本發明其在未安裝安定面的情況下有效提升飛行器的航向穩定性。

技術領域

本發明涉及飛行器的技術領域，尤其是涉及一種提升航向穩定性的高超聲速飛行器及其設計方法。

背景技術

隨著航空航天科學技術的發展，高超聲速飛行方式正由傳統的彈道式飛行和太空返回向在臨近空間大氣層內做長時間高速高機動飛行的方向發展。近空間高超聲速飛行器的出現，無論是作為未來的戰略戰術武器平臺還是載人空天運載平臺，對國防安全和國民經濟發展都具有重要的戰略意義，是二十一世紀航空航天技術新的制高點，具有戰略性、前瞻性、標志性和帶動性。其中，遠程機動高超聲速滑翔飛行器以單級或多級火箭為動力，助推到一定高度和馬赫數后箭體分離，之后滑翔器在近空間進行高超聲速無動力滑翔機動飛行。相比航空飛行器，高超聲速滑翔飛行器具有飛行高度高、飛行速度快、覆蓋范圍廣、生存能力強等特點，能夠實現快速有效打擊；相比空間飛行器，高超聲速滑翔飛行器具有機動性好、響應快速、突防能力強、部署方便靈活等特點。由于飛行速度極快且飛行軌跡難以預測，該類飛行器幾乎無法被攔截，在軍事上具有極其重要的戰略價值，已成為各軍事強國一個新的研究熱點。

目前，多項氣動布局關鍵技術制約著該類飛行器走向最終的應用。首先，升阻比決定著該類飛行器的航程能否達到任務指標，高超聲速飛行時摩阻和波阻都很大，升阻比提升十分困難，發展高升阻比氣動布局設計方法尤為重要；其次，在傳統航空飛行器設計過程中，一般通過在尾部迎風面或背風面布置安定面來改善航向穩定性，例如殲-20，但是遠程機動高超聲速滑翔飛行器在近空間內的飛行時間長達2000～3000秒。

長時間高超聲速飛行過程中的氣動熱問題突出，機身上凸起的安定面氣動燒蝕嚴重，會面臨較大的結構失效風險，且產生的激波會進一步增大波阻，造成較大的升阻比損失，從而大大降低飛行任務成功的可能性。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種提升航向穩定性的高超聲速飛行器及其設計方法，在未安裝安定面的情況下有效提升飛行器的航向穩定性。

本發明的上述發明目的是通過以下技術方案得以實現的：一種提升航向穩定性的高超聲速飛行器，包括翼身，所述翼身包括機身和設置在機身兩側的機翼，其特征在于：所述機身包括機尾段和與機尾段相連的機頭段，所述機尾段的側壁上開設有弧型凹面，且機尾段靠近機頭段的直徑小于機尾段遠離機頭段的直徑。

通過采用上述技術方案，機尾段側壁上弧型凹面的設置能夠改變飛行器物面壓力分布，使得高壓區后移，從而使得航向壓心后移，增大航向力矩的力臂，提升了航向靜穩定度，實現在未安裝安定面的情況下有效提升飛行器的航向穩定性。

本發明進一步設置為：所述機尾段包括位于機翼一側的第一機尾段和位于機翼另一側的第二機尾段，所述第一機尾段遠離機頭段一端的端面長度小于所述第二機尾段遠離機頭段一端的端面長度，所述第二機尾段的側壁上開設有弧型凹面。

通過采用上述技術方案，由于第一機尾段遠離機頭段一端的端面長度小于所述第二機尾段遠離機頭段一端的端面長度，因此通過飛行器機身尾部型面的局部擴張修型，能夠大大提升飛行器的航向靜穩定性，相比傳統尾部安定面設計方法，可以大大緩解飛行器的防熱壓力，降低結構損傷風險；同時能夠大大減少升阻比損失，有利于使得飛行器的航程滿足任務指標。

一種提升航向穩定性的高超聲速飛行器的設計方法，包括如下步驟：

(1)確定基礎翼身：基礎翼身包括機身，機身包括圓錐機頭段和與圓錐機頭段相連的圓柱機尾段，機身兩側設置有機翼；圓柱機尾段包括位于機翼一側的第一機尾段和位于機翼另一側的第二機尾段；