[发明专利]一种宽速域飞行器乘波体构型设计方法

说明书

本发明公开了一种宽速域飞行器乘波体构型设计方法，包括确定设计乘波体的基于两级入轨级间分离的自由来流条件以及基准锥长度和激波角，获得设计乘波体需要的超声速绕圆锥基准流场模型；根据两级入轨级间分离需求，确定半个乘波体的初始参数，通过半个乘波体的镜像对称获取整个乘波体；根据两级入轨级间分离需求，确定所述半个乘波体的基准线线型，半个乘波体的基准线线型具体包括：水平线段、下开口抛物线段和上开口抛物线段，根据初始参数获得水平线段、下开口抛物线段和上开口抛物线段的基准线线型函数；根据初始参数和基准线线型函数，利用锥导激波理论基于设计乘波体需要的超声速绕圆锥基准流场模型计算得到乘波基体，构型过程简单高效。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种宽速域飞行器乘波体构型设计方法。

背景技术

21世纪以来，随着世界各国深空探测、空间站建设以及太空旅行的需求日益增加，可重复使用天地运输往返系统受到了广泛的研究。为了实现天地运输往返，飞行器需要具有宽速域跨空域飞行能力，但是目前能够作为天地运输往返系统部分的成熟的宽速域飞行器所见甚少。

乘波体作为一种高升阻比气动性能的（高）超声速飞行器具备作为宽速域飞行器基体的优势潜能。基于乘波基体的可变翼展宽速域助推级飞行器，不仅具备乘波特性的高升阻比气动性能，并且可变形机翼在低速域下可以增大升力面，能够使得两级入轨飞行器快速爬升进入临近空间。

虽然乘波体作为一种高升阻比飞行器受到了广泛的研究，从乘波体的生成方法：楔导理论、锥导理论以及密切锥理论，到乘波体的黏性优化、钝化设计以及操纵稳定性研究等等，已经有很多关于乘波体设计的成果，但是关于乘波体设计的设计方法供用户进行使用直接进行乘波体三维建模设计的所见甚少，尤其是直接满足构建需求，能够直接的获取主动设定参数下的乘波基体生成方法，以及只需要用户提供所需飞行器几何尺寸，甚至不需要修改乘波体基准线线型便可以得到一种供用户进行二次建模的宽速域飞行器乘波基体的设计方法几乎没有。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽速域飞行器乘波体构型设计方法，以解决现有技术中缺乏能够直接高效快捷获得目标乘波体飞行器的构建技术和方法的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种宽速域飞行器乘波体构型设计方法，包括具体步骤：

步骤100、确定设计乘波体的基于两级入轨级间分离的自由来流条件，以及基准锥长度和激波角，获得设计乘波体需要的超声速绕圆锥基准流场模型；

步骤200、根据两级入轨级间分离需求，确定半个乘波体的初始参数，并通过半个乘波体的镜像对称获取整个乘波体；

其中，初始参数包括半个乘波体的长度、宽度、以及机翼偏转角和定位高度；

步骤300、根据两级入轨级间分离需求，确定所述半个乘波体的基准线线型，半个乘波体的基准线线型具体包括：水平线段、下开口抛物线段和上开口抛物线段，并根据初始参数获得水平线段、下开口抛物线段和上开口抛物线段的基准线线型函数；

其中，下开口抛物线段的一端与水平线段的端部光滑相切连接，所述的下开口抛物线段的另一端与所述的上开口抛物线的一端光滑相切连接，所述上开口抛物线的另一端的水平；

步骤400、根据初始参数和基准线线型函数，利用锥导激波理论基于设计乘波体需要的超声速绕圆锥基准流场模型计算得到乘波基体；

步骤500、在所述的乘波基体上构建可变翼展机翼以及垂直所述的乘波基体的方向舵，得到基于乘波基体的宽速域飞行器。

作为本发明的一种优选方案，利用锥导激波理论基于设计乘波体需要的超声速绕圆锥基准流场模型计算得到乘波基体的具体方法包括：