[发明专利]一种上层大气层超高速巡航飞行器的减重机翼

说明书

本发明提出了一种上层大气层超高速巡航飞行器的减重机翼，包括：多片翼板，翼板的厚度和宽度相同；一组连接杆；其中所述连接杆将所述多片翼板顺次连接在一起，翼板之间具有通槽，组成所述减重机翼。当前飞行器减重设计主要涉及航空飞行区域(0km～20km)、临近空间(20km～100km)和外太空(300km～)，而上层大气层作为一个几乎未开发利用的空域，尚无该空域的飞行器减重设计技术。本发明在实现减重的同时，还能节省材料，也能保持气动性能不变甚至有所增强，是上层大气层超高速巡航飞行器机翼外形的减重设计的理想方法，能有效促进上层大气层的开发和利用。

技术领域

本发明属于高空超高速飞行器气动设计领域，具体涉及一种上层大气层超高速巡航飞行器机翼的减重设计方案。

背景技术

在航天工程领域，一个降低燃料消耗和提高能源效率和的有效方法是飞行器减重。比如，对于一架波音787民用飞机，20％的减重率将使得燃料效率提升10％～12％。再如，航天器-火箭组合能达到的最终速度与初始质量(航天器质量、火箭本体质量和燃料质量之和)和最终质量之比(航天器质量与火箭本体质量之和)成正比。因此，为了增大发射最终速度，航天器和火箭本体的质量应尽可能小。此外，飞行器减重还能节省材料，延长航程范围，提升加速性能、机动能力和安全性能，降低维护成本。

飞行器减重设计的目的是使用更少的材料或者密度更低的材料而达到相同甚至更好的性能。减重设计最为直接有效的方法是使用先进的轻质材料替代原有材料，而蓬勃发展的航天产业也促进了新型材料的不断涌现。另外一个减重设计的思路是外形优化设计，即通过改变飞行器材料的空间分布，从而使用更少的材料实现相同的结构或气动性能。

常用的优化设计方法有尺寸优化、形状优化和拓扑优化。虽然使用先进轻质材料能轻而易举地实现飞行器的减重和性能提升，但是，轻质高性能材料一般都较常规材料昂贵很多。因此，优化设计方法在减重设计领域使用广泛，并且获得了持续增加的关注。

目前，相对于航空飞行区域(飞行高度范围0km～20km)、临近空间(20km～100km)和外太空(300km～)，而上层大气层(100km～300km)还是一个远远未开发利用的空域。上层大气层超高速巡航飞行器能实现地球表面高分辨率的侦察、地球重力场/电磁场的准确测量和全球海洋气候的高精度预测，因此对于国防安全、地球物理学和气象学的研究都有重大意义。

然而，由于飞行速度范围较大，超高速飞行器减重设计过程中必须满足一定的气动性能。气动性能最重要的一个指标是升力与阻力之比，即升阻比，其他参数相同的情况下，较大的升阻比意味着更好的气动性能。比如，对于水平起降的飞行器，在起飞和爬升阶段，充分利用升力可以大大降低推力。然而，超高速飞行器的一个特征就是极低的升阻比，而且随着飞行Mach数的升高，升阻比还会继续急剧降低。因此，在上层大气层超高速巡航飞行器减重设计过程中，必须保持升阻比不变或有所升高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服飞行器减重设计成本极高或者减重设计容易导致气动性能差等缺点，提出一种上层大气层超高速巡航飞行器机翼的减重设计方案。

根据本发明，提供一种上层大气层超高速巡航飞行器的减重机翼，包括：

多片翼板，翼板的厚度和宽度相同；

一组连接杆；

其中所述连接杆将所述多片翼板顺次连接在一起，翼板之间具有通槽，组成所述减重机翼。

进一步地，所述翼板为平行六面体，相邻的所述翼板之间的通槽为平行六面体。

进一步地，所述通槽的侧面与翼板的底面夹角θ取值范围为15°≤θ≤45°。

进一步地，所述机翼两端的翼板，在长度方向的外端具有圆角。

进一步地，所述圆角的半径为翼板厚度的一半。