[發明專利]一種乘波基體構造方法、助推級飛行器以及機翼控制系統

有效

• 申請號: 202210131370.3
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114180100B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 汪運鵬;王粵;姜宗林
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: B64G1/14
• 分類號: B64G1/14;B64G1/22
• 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: 焦海峰

本發明公開了一種乘波基體的構造方法，包括根據飛行器兩級入軌飛行任務以及級間分離條件確定來流條件；根據現有基于乘波體可變翼展助推級飛行器的現有特征，確定所述乘波基體的基準線線型，并確定基準線線型的所有組成曲線的曲線函數；利用來流條件和曲線函數，通過錐導激波理論計算得到乘波基體。利用所述的乘波基體構建兩級入軌的助推級飛行器，包括該乘波基體的合適位置增加可變翼展的機翼；其機翼變形控制系統用于根據具體的飛行條件可以智能自適應調節翼展、后掠角以及上、下反角，在滿足寬速域的高升阻比氣動特性外，實現助推級飛行器的寬速域飛行穩定性，能夠更好地適應并滿足兩級入軌寬速域飛行以及級間分離任務。

技術領域

本發明涉及飛行器技術領域，具體涉及一種乘波基體構造方法、助推級飛行器以及機翼控制系統。

背景技術

國際商業發射需求的不斷增加以及空間站的建立使得各國爭相研制空間運輸系統。兩級入軌以低成本、高安全性和可靠性作為一種完全可重復使用未來空間運輸系統方案一直以來受到各國廣泛研究，比如德國的Sanger、美國的Quicksat、NGLT計劃等。水平起降兩級入軌飛行器，它由吸氣式沖壓發動機提供動力助推級和火箭動力的軌道級構成。兩級入軌飛行器在常規機場起飛，依靠吸氣式發動機動力加速爬升到20 ~ 40 km高空在高超聲速條件下（Ma 5）進行級間分離，完成分離后軌道級在火箭動力下爬升入軌完成任務后滑翔返回，助推級則自行動力控制返回機場，達到完全可重復使用的目的。在兩級入軌任務過程中，需要助推級從亞聲速到高超聲速的一個寬速（空）域飛行，對助推級的寬速域升阻比氣動性能和穩定性控制性能提出了非常高的要求，這也直接決定了助推級能否實現可重復使用。

目前常規飛機基本上只能在Ma 3條件下進行飛行，常規飛機的動力、氣動布局很難使得它們達到高超聲速飛行；而乘波體雖然在高超聲速條件下（設計馬赫數）有優良的升阻比特性，但是乘波體飛行器在非設計馬赫數條件下氣動性能急劇下降，所以僅從氣動性能方面來說，常規飛機和乘波體飛行器基本上都很難實現寬速域飛行。近些年來有些學者提出串聯乘波體飛行器或者通過“變體技術”在不同馬赫數飛行條件下針對性的改變乘波體下表面來實現較好乘波特性，但是乘波體飛行器一般只能適用于超聲速條件下，在亞聲速低馬赫數條件下往往由于有效升力面積很小而無法提供足夠的升力，并且乘波體的容積率較小，縱向穩定性差，所以這單純依靠乘波體進行寬速域飛行是有待考究的。

另外也有學者單純考慮在乘波體上添加翼或者通過機械液壓操縱系統改變乘波體幾何外形實現寬速域飛行，并且很少考慮說明飛行器寬速域穩定性問題。

但是目前針對用于兩級入軌水平分離的自適應智能變形翼結構寬速域飛行自穩定助推級飛行器的研究極少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種乘波基體構造方法、助推級飛行器以及機翼控制系統，以解決現有技術中目前針對用于兩級入軌水平分離的自適應智能變形翼結構寬速域飛行自穩定助推級飛行器的研究極少的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明具體提供下述技術方案：

一種乘波基體的構造方法，包括步驟：

步驟100、根據飛行器兩級入軌飛行任務以及級間分離條件，確定乘波基體的預設馬赫數的來流條件；

步驟200、根據飛行器兩級入軌飛行任務以及級間分離條件下的基于乘波體可變翼展助推級飛行器的現有特征，確定所述乘波基體的基準線線型，并確定基準線線型的所有組成曲線的曲線函數；

其中，所述基準線線型的組成曲線包括：

水平線段以及光滑相切的連接在所述的水平線段兩端的第一拋物線段，且位于所述的水平線段的兩端的第一拋物線段呈鏡像對稱，所述第一拋物線段遠離所述的水平線段的端部光滑相切的連接有第二拋物線段，且位于所述的水平線段的兩側的第二拋物線段呈鏡像對稱；

步驟300、利用來流條件、水平線段、第一拋物線段和第二拋物線段的曲線函數，通過錐導激波理論計算得到乘波基體。