[發(fā)明專利]一種寬速域飛行器乘波體構(gòu)型設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210131354.4
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114186351B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪運(yùn)鵬;王粵;姜宗林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

本發(fā)明公開了一種寬速域飛行器乘波體構(gòu)型設(shè)計方法，包括確定設(shè)計乘波體的基于兩級入軌級間分離的自由來流條件以及基準(zhǔn)錐長度和激波角，獲得設(shè)計乘波體需要的超聲速繞圓錐基準(zhǔn)流場模型；根據(jù)兩級入軌級間分離需求，確定半個乘波體的初始參數(shù)，通過半個乘波體的鏡像對稱獲取整個乘波體；根據(jù)兩級入軌級間分離需求，確定所述半個乘波體的基準(zhǔn)線線型，半個乘波體的基準(zhǔn)線線型具體包括：水平線段、下開口拋物線段和上開口拋物線段，根據(jù)初始參數(shù)獲得水平線段、下開口拋物線段和上開口拋物線段的基準(zhǔn)線線型函數(shù)；根據(jù)初始參數(shù)和基準(zhǔn)線線型函數(shù)，利用錐導(dǎo)激波理論基于設(shè)計乘波體需要的超聲速繞圓錐基準(zhǔn)流場模型計算得到乘波基體，構(gòu)型過程簡單高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬速域飛行器乘波體構(gòu)型設(shè)計方法。

背景技術(shù)

21世紀(jì)以來，隨著世界各國深空探測、空間站建設(shè)以及太空旅行的需求日益增加，可重復(fù)使用天地運(yùn)輸往返系統(tǒng)受到了廣泛的研究。為了實現(xiàn)天地運(yùn)輸往返，飛行器需要具有寬速域跨空域飛行能力，但是目前能夠作為天地運(yùn)輸往返系統(tǒng)部分的成熟的寬速域飛行器所見甚少。

乘波體作為一種高升阻比氣動性能的（高）超聲速飛行器具備作為寬速域飛行器基體的優(yōu)勢潛能。基于乘波基體的可變翼展寬速域助推級飛行器，不僅具備乘波特性的高升阻比氣動性能，并且可變形機(jī)翼在低速域下可以增大升力面，能夠使得兩級入軌飛行器快速爬升進(jìn)入臨近空間。

雖然乘波體作為一種高升阻比飛行器受到了廣泛的研究，從乘波體的生成方法：楔導(dǎo)理論、錐導(dǎo)理論以及密切錐理論，到乘波體的黏性優(yōu)化、鈍化設(shè)計以及操縱穩(wěn)定性研究等等，已經(jīng)有很多關(guān)于乘波體設(shè)計的成果，但是關(guān)于乘波體設(shè)計的設(shè)計方法供用戶進(jìn)行使用直接進(jìn)行乘波體三維建模設(shè)計的所見甚少，尤其是直接滿足構(gòu)建需求，能夠直接的獲取主動設(shè)定參數(shù)下的乘波基體生成方法，以及只需要用戶提供所需飛行器幾何尺寸，甚至不需要修改乘波體基準(zhǔn)線線型便可以得到一種供用戶進(jìn)行二次建模的寬速域飛行器乘波基體的設(shè)計方法幾乎沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種寬速域飛行器乘波體構(gòu)型設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠直接高效快捷獲得目標(biāo)乘波體飛行器的構(gòu)建技術(shù)和方法的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具體提供下述技術(shù)方案：

一種寬速域飛行器乘波體構(gòu)型設(shè)計方法，包括具體步驟：

步驟100、確定設(shè)計乘波體的基于兩級入軌級間分離的自由來流條件，以及基準(zhǔn)錐長度和激波角，獲得設(shè)計乘波體需要的超聲速繞圓錐基準(zhǔn)流場模型；

步驟200、根據(jù)兩級入軌級間分離需求，確定半個乘波體的初始參數(shù)，并通過半個乘波體的鏡像對稱獲取整個乘波體；

其中，初始參數(shù)包括半個乘波體的長度、寬度、以及機(jī)翼偏轉(zhuǎn)角和定位高度；

步驟300、根據(jù)兩級入軌級間分離需求，確定所述半個乘波體的基準(zhǔn)線線型，半個乘波體的基準(zhǔn)線線型具體包括：水平線段、下開口拋物線段和上開口拋物線段，并根據(jù)初始參數(shù)獲得水平線段、下開口拋物線段和上開口拋物線段的基準(zhǔn)線線型函數(shù)；

其中，下開口拋物線段的一端與水平線段的端部光滑相切連接，所述的下開口拋物線段的另一端與所述的上開口拋物線的一端光滑相切連接，所述上開口拋物線的另一端的水平；

步驟400、根據(jù)初始參數(shù)和基準(zhǔn)線線型函數(shù)，利用錐導(dǎo)激波理論基于設(shè)計乘波體需要的超聲速繞圓錐基準(zhǔn)流場模型計算得到乘波基體；

步驟500、在所述的乘波基體上構(gòu)建可變翼展機(jī)翼以及垂直所述的乘波基體的方向舵，得到基于乘波基體的寬速域飛行器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，利用錐導(dǎo)激波理論基于設(shè)計乘波體需要的超聲速繞圓錐基準(zhǔn)流場模型計算得到乘波基體的具體方法包括：