[发明专利]一种水平起降两级入轨重复使用空天飞机布局

说明书

本发明涉及一种水平起降两级入轨重复使用空天飞机布局，包括一级飞行器和二级飞行器，二级飞行器和一级飞行器上下水平并联布局；所述的二级飞行器为带楔形头部、融合边条、小展弦比后掠薄机翼、中心垂尾的翼身组合体布局；所述一级飞行器为具有乘波特征下反后掠翼、可下折翼稍及V尾的翼身组合体布局。本发明布局满足基于TBCC的TSTO飞行原理，达成了全速域、全空域的升阻匹配、推阻匹配、操稳匹配、容重匹配等设计需求，实现了概念设计阶段TSTO技术方案的闭合。

技术领域

本发明属高超声速飞行器技术领域，涉及水平起降两级入轨重复使用空天飞机气动布局形式。

背景技术

空天飞机是航空和航天技术高度融合的产物，实现快速可重复天地往返可以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。空天飞机是航空航天技术的终极发展目标，自1935年德国科学家桑格尔率先提出空天飞机概念以来，以美国为代表的国际空天大国先后推出了多个空天飞机概念，包括火箭动力/吸气动力及组合动力方案，单级/多级入轨方案、水平/垂直发射着陆方案等。实践证明：火箭推进是实现入轨空天飞行的基石，吸气推进拥有较高的推进效率，现阶段推进技术尚不能实现单级入轨，火箭基组合循环(RBCC)/火箭推进更适用于垂直起飞水平/垂直着陆方案，涡轮基组合循环(TBCC)/火箭推进更适用于水平起飞水平着陆方案。

受限于当前涡喷/冲压/吸气超燃发动机推进技术以及燃料能量水平，受限于当前飞行器材料结构质量水平，水平起降两级入轨重复使用空天飞机必须在全速域全空域具备更高的气动效率，以获得基于TBCC/火箭推进的两级入轨(TSTO)概念的最终封闭。

发明内容

本发明解决的技术问题是：在给定有效载荷及有限推重比约束下，针对基于TBCC的TSTO全速域、全空域的升阻匹配、推阻匹配、操稳匹配、容重匹配等设计需求，以多学科、多目标、高度一体化的匹配兼容设计，提供一种水平起降两级入轨重复使用空天飞机布局。

本发明解决技术的方案是：一种水平起降两级入轨重复使用空天飞机布局，包括一级飞行器和二级飞行器，二级飞行器和一级飞行器上下水平并联布局；所述的二级飞行器为带楔形头部、融合边条、小展弦比后掠薄机翼、中心垂尾的翼身组合体布局；所述一级飞行器为具有乘波特征下反后掠翼、可下折翼稍及V尾的翼身组合体布局。

优选的，所述的一级飞行器的可下折翼稍，在马赫数2.5以下的飞行条件下与具有乘波特征下反后掠翼保持相同的下反，在飞行马赫数达到2.5以后下折。

优选的，所述的可下折翼稍为梯形翼，梯形翼面积占所述下反后掠翼面积的7％-10％。

优选的，所述的一级飞行器的翼身组合体通过下述方式进行设计：

根据装填涡轮基推进进排气系统以及燃料存储空间需求，从锥导乘波体出发，结合冲量定理获得椭圆形变截面机身；

在获得的机身的背风面设置一平面，用于安装二级飞行器，满足安装后的二级飞行器的质心与一级飞行器的质心重合；

在机身和所述的下反后掠翼之间通过边条进行融合，得到翼身组合体。

优选的，所述的一级飞行器采用具有乘波特征的上单下反后掠翼。

优选的，所述的一级飞行器的V尾为双V尾，双V尾分别安装在两侧下反后掠翼的翼根处。

优选的，所述双V尾之间的夹角为40°-50°。

优选的，所述一级飞行器的具有乘波特征下反后掠翼上设置副翼和襟翼。

优选的，所述的副翼和襟翼的弦长一致，且占整个下反后掠翼平均弦长的20％-22％。