[發(fā)明專利]一種尖化前緣渦波一體固定翼跨域高超氣動布局

在審

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• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112389626A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉傳振;白鵬;孟旭飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: B64C1/00
• 分類號: B64C1/00;B64C3/36;B64C3/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

一種尖化前緣渦波一體固定翼跨域高超氣動布局，其平面形狀包括且不限于尖頭雙后掠、彎頭雙后掠、單后掠、漸變前緣、S前緣等外形等；下表面為在帶激波流場中通過流線追蹤得到的乘波面；上表面為自由流流面或者向上適度凸起的光滑連續(xù)曲面；機翼收縮為尖化后緣，機身收縮為尖體或小后體。高超聲速工況下飛行時，該布局為乘波體或類乘波體，利用尖化前緣乘波效應(yīng)，使得迎風(fēng)面的激波附著于尖化前緣，獲得高升阻比；亞聲速飛行階段，利用小攻角條件下的附體流動或者尖化前緣所產(chǎn)生穩(wěn)定小分離旋渦，獲得高升阻比；低速起降階段，利用中大攻角下氣流經(jīng)由下表面向背風(fēng)面卷起的旋渦效應(yīng)，獲得低速水平起降工況下的高非線性渦升力，獲得高升力提升其起降性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器氣動設(shè)計領(lǐng)域，特別是跨速域高超飛行器布局形式。

背景技術(shù)

水平起降高超聲速巡航飛行器、可重復(fù)使用空天飛行器的發(fā)展，對跨速域高升阻比高升力氣動布局形式提出強烈需求。包括：首先，不管執(zhí)行運輸、偵查還是運載等任務(wù)，為了增加有效載荷，提高經(jīng)濟性，必須保證高超聲速巡航狀態(tài)的高升阻比；其次，飛行器執(zhí)行任務(wù)跨越低、亞、跨、超和高超聲速階段，需要保證跨速域氣動性能，具備超、跨、亞聲速階段的高升阻比、跨聲速階段的低阻力和低亞聲速階段的高升力，以滿足超、跨、亞聲速階段的巡航加速性能，水平起降階段的氣動總體性能；第三，跨速域飛行工況下，飛行器操穩(wěn)特性會發(fā)生很大變化，設(shè)計時需要充分考慮以滿足設(shè)計約束。

當(dāng)前的高超聲速飛行器氣動布局大致可以分為四類：細長體、升力體、翼身組合/融合體、乘波體。

細長體布局，典型的是軸對稱錐形體。這類布局阻力較小，并且可以在頭部設(shè)置馬赫錐減小波阻，并為發(fā)動機提供入口進氣條件。這種外形控制系統(tǒng)設(shè)計簡單，技術(shù)成熟度較高。但該類布局升阻比較低，內(nèi)部裝載空間有限，多用于高超聲速導(dǎo)彈設(shè)計；升力體布局。典型特征是沒有明顯的機翼。其內(nèi)部空間效率高，升力大，結(jié)構(gòu)設(shè)計相對容易，但升力體的阻力較大，升阻比有限。該類布局主要用于軌道再入飛行器的外形設(shè)計。目前升力體氣動外形大多是針對火箭式發(fā)動機而采用，如美國空軍的X-38系列以及HL-20飛行器等；翼身組合體/融合體布局。存在明顯的機翼升力面，采取機翼與機身組合或融合的布局形式。這類布局借鑒了傳統(tǒng)航空飛行器的設(shè)計思想基礎(chǔ)和經(jīng)驗。其氣動熱防護、氣動操縱等技術(shù)相對成熟，空間使用效率較高，低跨聲速性能較好。一類是以高超聲速軌道再入為代表的無動力減速再入類飛行器，其典型特征是大鈍頭，不追求高升阻比，如美國的航天飛機、可重復(fù)使用運載器X-34和X-37等。另一類是以SR-72為代表的水平起降巡航加速類布局，其低跨聲速性能較好，但高超聲速升阻性能有限，激波系非常復(fù)雜；乘波體布局。乘波體是適合高超聲速飛行的典型布局，根據(jù)已知的高超聲速激波流場追蹤流線生成，外形特征簡潔優(yōu)美，高超升阻特性良好，同時波系簡單，可以方便設(shè)計保留進氣道入口。但傳統(tǒng)的乘波體設(shè)計方法得到的乘波體布局存在平面投影形狀難以根據(jù)需要設(shè)計、容積較小、縱向穩(wěn)定性差、邊緣尖銳等一系列難題，尤其是低亞跨性能差的缺點極大的制約了乘波布局在跨速域高超飛行器設(shè)計中的應(yīng)用。

由此可見對于跨速域高超聲速飛行器的氣動總體需求，目前還沒有合適可用的成熟氣動布局方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：對于跨速域高超聲速飛行器的氣動總體需求，目前還沒有找到合適可用的氣動布局方案。當(dāng)前的四類主流的高超聲速飛行器氣動布局：細長體、升力體、翼身組合/融合體、乘波體，各自存在優(yōu)缺點，尚無法滿足跨速域范圍優(yōu)良的氣動和操穩(wěn)需求。本技術(shù)發(fā)明一種尖化前緣渦波一體固定翼跨域高超氣動布局，適用于速域范圍跨域從地面靜止、低、亞、跨、超、高超聲速范圍的飛行器，在全速域范圍內(nèi)均能獲得良好的氣動特性。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：