[發(fā)明專利]一種準乘波體構型橫航向穩(wěn)定性優(yōu)化方法、系統(tǒng)及升力體

有效

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• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112949222B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設計）人: 劉文;張陳安;楊磊;李文皓
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/15;B64F5/00;B64C30/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發(fā)明公開了一種準乘波體構型橫航向穩(wěn)定性優(yōu)化方法、系統(tǒng)及升力體,本申請實施例提供的準乘波體構型橫航向穩(wěn)定性優(yōu)化方法，可以對原始準乘波體進行修型，通過改變前緣線所在初始平面與水平面的夾角生成投影平面，將原始準乘波體構型的前緣線在投影平面上投影生成新的前緣線，通過調整初始平面與水平面的夾角來調整前緣線的位置，進而改變準乘波體下表面的上反特征，從而很容易的調整準乘波體的橫航向穩(wěn)定性。同時可以實現(xiàn)不依靠機身上凸起的安定面來調整該類飛行器的橫航向穩(wěn)定性，大大緩解了高超聲速飛行時面臨的熱防護難題。

技術領域

本發(fā)明涉及乘波構型優(yōu)化技術領域，特別是涉及一種準乘波體構型橫航向穩(wěn)定性優(yōu)化方法、系統(tǒng)及升力體。

背景技術

在高超聲速條件下，由于常規(guī)外形的飛行器在超音速流中前緣大都是脫體激波，激波前后存在的壓差使得常規(guī)外形的飛行器上的波阻非常大，飛行器將遭受極大的摩阻和波阻，升阻比提升十分困難，會面臨難以逾越的“升阻比屏障”。為了解決上述問題，乘波構型的飛行器應運而生。乘波構型也稱為乘波體，是一種適宜高超音速飛行的飛行器外形，其所有的前緣都具有附體激波。乘波構型飛行時其前緣平面與激波的上表面重合，就像騎在激波的波面上，依靠激波的壓力產生升力。由于乘波體的上表面與自由流面同面，所以不會形成大的壓差阻力。因此，乘波體被認為是最有希望打破高超聲速“升阻比屏障”的一種新型氣動布局。

基于各種基準流場的乘波體生成方法的發(fā)展,使得在飛行器設計過程中可以根據不同需求選擇不同類型的乘波體構型。但是,乘波體構型一般難以直接滿足容積率、配平、穩(wěn)定性等基本的飛行器設計工程需求。針對這一情況,“準乘波體”構型優(yōu)化設計方法應運而生，“準乘波體”設計過程為：保留乘波體的前緣線；從前緣線上的點出發(fā)，沿每個縱向截面采用可解析表達的曲線確定該截面型線，直到底面截止；保持對稱面處型線高度與原乘波體一致；上表面仍然沿用自由流面。最后，再采用遺傳算法對曲線進行優(yōu)化，即可生成滿足配平和縱向穩(wěn)定性的高升阻比準乘波體構型。

可見，上述準乘波體構型優(yōu)化設計主要考慮了縱向靜穩(wěn)定性的影響，而在工程應用中，飛行器的橫向和航向穩(wěn)定性也至關重要。在傳統(tǒng)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橫航向穩(wěn)定性。然而，由于高超聲速飛行時，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。

因此，如何實現(xiàn)依靠準乘波體自身幾何特征的合理設計來滿足橫航向穩(wěn)定性要求，是迫切需要本領域技術人員解決的技術問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種準乘波體構型橫航向穩(wěn)定性優(yōu)化方法、系統(tǒng)及升力體。

本發(fā)明提供了如下方案：

一種準乘波體構型橫航向穩(wěn)定性優(yōu)化方法，包括：

在計算坐標系下獲取原始準乘波體構型的原始前緣線上的目標點作為參考點；所述計算坐標系為原始準乘波體構型的本體坐標系；

經過所述參考點構建基準平面，所述基準平面與所述計算坐標系內X軸與Y軸構成的平面平行；

經過所述參考點形成與Y軸平行的參考軸；

經過所述參考軸構建所述原始前緣線所在的初始平面并獲取所述初始平面與所述基準平面之間的初始夾角；

圍繞所述參考軸使所述初始平面朝目標方向旋轉目標角度將所述初始夾角調整至目標夾角，以形成與所述基準平面具有所述目標夾角的投影平面；

通過沿Z軸方向將所述原始前緣線向所述投影平面投影形成目標前緣線，所述目標前緣線用于生成目標準乘波體構型以實現(xiàn)對所述原始準乘波體構型的橫航向穩(wěn)定性進行優(yōu)化。

優(yōu)選地：確定在Z軸方向上所述原始前緣線與所述目標前緣線的相對位置關系；