[发明专利]一种可重复使用空天飞行器压心后移的设计方法

说明书

本发明公开了一种可重复使用空天飞行器压心后移的设计方法，在空天飞行器机身尾段两侧对称设置一对俯仰稳定板，俯仰稳定板通过舵轴与机身连接，所述俯仰稳定板能够绕舵轴转动，实现俯仰稳定板开启模式和收起模式的转换。采用本发明的一种可重复使用空天飞行器压心后移的设计方法，可将空天飞行器压心后移，并实现不同飞行条件下空天飞行器俯仰稳定性的调节。

技术领域

本发明涉及一种可重复使用空天飞行器压心后移的设计方法，特别是一种基于俯仰稳定板的可重复使用空天飞行器俯仰稳定裕度增强设计方法，属于飞行器技术领域。

背景技术

可重复使用空天飞行器是兼具航空与航天的新型飞行器，它可根据不同的任务需求，在大气层和近地轨道上灵活机动。可重复使用空天飞行器比传统飞机飞得更高、更快，同时比一般航天器更加灵活且可重复使用，不仅能够满足快速、廉价地进入空间的根本需求，而且能够实现全球范围内的即时抵达。因此，可重复使用空天飞行器已经成为世界各航天大国争夺制天权与空间优势的战略制高点。

除了已退役的部分可重复使用航天飞机外，世界各国关于空天飞机的研制仍处于研究与验证阶段，目前在研项目主要包括美国的空间轨道机动器X-37B、“试验性空天飞机”XS-1，英国的“云霄塔”Skylon，印度的“可重复使用运载器技术验证机”RLV-TD以及中国的“腾云”工程等。其中，X-37B试验机作为美国空军最新和最先进的再入飞行器，其作用主要是为可重复使用航天器提供低风险的技术，以及研发一些新型的实验方法和非常规的作战概念，已被美国视为维护未来太空霸主地位的关键组成部分。自2011年起，X-37B先后共进行了5次轨道飞行任务(均已经完成，最近一次于2019年10月27日返回，在轨运行长达780天)，并计划于2019年11月进行第6次轨道飞行任务。

对于可重复使用空天飞行器，宽空域、宽速域的升阻匹配和操稳匹配等特殊需求给其气动布局设计提出了重要挑战。以美国X-37B为代表的空天飞机在进行大气层再入飞行时，飞行马赫数范围为0.2至25，攻角变化范围为5度至40度，较宽的飞行速度和姿态调整导致空天飞机的压心位置产生较大变化，因此在对其气动布局进行设计时，很难同时兼顾高超声速和亚/跨声速的纵向稳定性。为了保证高马赫数飞行状态的气动性能及防热需求，空天飞机气动外形主要采用典型的带小展弦比后掠机翼及V形尾翼的翼身组合体布局，机翼位于机身中段，并借鉴航天飞机用体襟翼进行俯仰配平控制。有关研究表明，在中低马赫数、中等角飞行条件下，由于该类空天飞行器的压心位置相对较为靠前，即使在原有的气动布局下进行充分优化，也可能存在静稳定裕度不足的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可重复使用空天飞行器压心后移的设计方法，本发明可将空天飞行器压心后移，并实现不同飞行条件下空天飞行器俯仰稳定性的调节。

本发明采用的技术方案如下：

一种可重复使用空天飞行器压心后移的设计方法，在空天飞行器机身尾段两侧对称设置一对俯仰稳定板，俯仰稳定板通过舵轴与机身连接，所述俯仰稳定板能够绕舵轴转动，实现俯仰稳定板开启模式和收起模式的转换。

再上述方案中，俯仰稳定板绕舵轴转动，当俯仰稳定板紧贴机身侧边时为收起模式，可以保持空天飞行器的基本气动布局；当俯仰稳定板绕舵轴向外翻90°，展成类似稳定翼面的活动部件时为开启模式，由于俯仰稳定板与来流垂直，产生的阻力可以全部用来形成低头力矩，以最大限度地后移压心位置，从而提高空天飞行器的俯仰静稳定裕度。

作为优选，所述舵轴的安装方位角根据俯仰稳定板开启模式下的飞行攻角进行选择。

作为优选，所述舵轴的安装方位角为20°-30°。

作为优选，所述空天飞行器再入飞行过程中，飞行马赫数为3-5，飞行攻角为20±5°时，俯仰稳定板为开启模式；其余飞行状态下，俯仰稳定板为收起模式。