[发明专利]一种水平起降两级入轨飞行器的气动布局

说明书

本发明公开了一种水平起降两级入轨飞行器的气动布局，包括一级飞行器：具有乘波属性的翼身融合体双垂尾的下反翼设计，其机身部件为扁平设计，机身部件的背部为削平设计，削平部分用于放置二级飞行器，二级飞行器：采用小展弦比后掠翼的翼身组合体加单垂尾的气动布局，其机身部件的机身截面为半圆加倒圆方形，机身部件的腹部为平面，与一级飞行器的背部削平部分连接；本发明的布局能有效的提高一级飞行器和二级飞行器的各种控制功能，满足燃料的携带要求，具有良好的防热性能。

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种一级采用涡轮/冲压组合动力，二级采用火箭动力的两级入轨飞行器的气动布局。

背景技术

重复使用是天地往返飞行器大幅度降低发射成本、大幅度缩减发射周期、大幅度提高航天应用的重要措施。各航天大国都意识到：欲控制全球，必先控制太空。围绕快速、可靠、廉价地进入空间这一需求，各国都开展了一系列可重复使用运载器的布局探索：德国科学家桑格尔率先提出火箭发动机推进的“银鸟”空天轰炸机的设想，冯布劳恩和钱学森提出了重复使用运载器RLV概念，二战后美国基于该设想提出多种空天飞行器概念，包括火箭推进单级入轨的空天飞机“动力高飞”（Dyna-Soar）、超燃冲压组合推进的水平起降单级入轨空天飞机NASP/ X-30、塞式喷管推进垂直发射水平降落单级入轨“冒险星”X-33、空射的高超声速火箭飞机X-34，部分可重复使用航天飞机及空间轨道机动飞行器X-37B等；同时，英、日等国也分别提出了HOTOL及HOPE空天飞机概念。通过对该领域的最新进展和发展趋势的分析表明，可重复使用运载器代表了运载器技术发展的必然方向，已经成为21世纪各国争夺制天权的重要战场。

可重复使用运载器包括单级入轨、两级/多级入轨等布局方案。其中单级入轨可以最大程度的降低单位发射成本，但实践证明现阶段动力推进系统还无法达到要求。部分可重复使用航天飞机及空间轨道机动飞行器X-37B的成功飞行实践，特别是近期 “猎鹰”Falcon-9火箭多次实现快速重复发射，“试验型空天飞机”-1（XS-1）及“追梦者”航天飞机计划的不断推进，使得火箭基两级入轨重复使用成为最现实的飞行模式。另一方面，吸气/冲压发动机不仅充分利用空气中的氧减轻推进系统的燃料重量，更因为近期不断取得的技术进步，使得以涡轮/吸气冲压组合动力为一级的水平起降两级入轨重复使用飞行方案有望在近期取得突破进展。

对于两级入轨飞行器的布局设计而言，一级飞行器主要飞行过程为起飞及加速爬升，分离后有动力或无动力自主返回。其气动布局设计的难点是如何在有限推重比下，提供满足宽速域的升阻匹配、推阻匹配、操稳匹配、容重匹配等设计需求的气动布局。二级飞行器主要飞行过程为自分离后需要加速爬升到入轨窗口，因此必须携带自主加速爬升入轨的火箭发动机及燃料，故而其气动布局的难点在于如何在提供大容积率的前提下同时保证再入过程的气动特性、操纵特性和防热需求。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种水平起降两级入轨飞行器的气动布局优化方法，一级采用涡轮/冲压组合动力，布局基于具有乘波属性的下反式翼身融合体，二级采用火箭动力，布局基于翼身组合体的两级入轨气动布局方案。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水平起降两级入轨飞行器的气动布局，包括：

一级飞行器：具有乘波属性的翼身融合体双垂尾的下反翼设计，其机身部件为扁平设计，机身部件的背部为削平设计，削平部分用于放置二级飞行器；

二级飞行器：采用小展弦比后掠翼的翼身组合体加单垂尾的气动布局，其机身部件的机身截面为半圆加倒圆方形，机身部件的腹部为平面，与一级飞行器的背部削平部分连接；

所述一级飞行器采用涡轮/冲压组合动力，二级飞行器采用火箭动力。

在上述技术方案中，所述一级飞行器的机身上设置有边条后掠翼构型。

在上述技术方案中，所述边条后掠翼构型采用下反式设计。