[发明专利]一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法

权利要求书

1.一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、根据机身长度和不同截面处的尺寸约束，确定机身上、下轮廓控制线；

步骤二、根据机身总宽度及设计需求，采用与确定上下轮廓线相同的方法，利用二次曲线和直线段的拼接，确定机身左右宽度轮廓线；所述左右宽度轮廓线是对称的，均为一条二次曲线和一条直线的组合，从机身头部开始，到机身宽度达到最大宽度的位置为止，形成一条二次曲线，二次曲线的角度由头部的接近90°开始逐渐过渡到最大宽度位置的0°，二次曲线的尾部与一水平直线相接，形成机身左侧或右侧的水平部分；

步骤三、在每一个关键站位处采用二次曲线和基于类型函数与形状函数的CST方法生成对应的截面形状，从而得到整个机身关键站位形状；

步骤四、通过线性或多项式的插值方法，获得沿机身纵向每个站位的截面形状，通过表面放样技术获得整个机身的形状；

步骤五、采用数值计算方法，对流场进行计算，获得机身外形在高超声速和亚跨超声速时的气动特性；

步骤六、采用流线法和片条法计算机身外形和控制舵面的表面热环境特性；

步骤七、对控制舵面进行匹配设计；

步骤八、对气动外形进行优化。

2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：所述轮廓控制线分段拆分为多条二次曲线和直线段的组合，在各线段的拼接点处，确保轮廓线的斜率相同。

3.根据权利要求2所述的一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：所述下轮廓线为球头、一条二次曲线和一条直线的组合，所述球头部分的曲线坐标由下式确定：

所述球头的圆弧结束部分与一条二次曲线相接，曲线斜率由与圆弧相切逐渐过渡到水平，二次曲线结束部分接一条水平的直线，形成机身下部的平直部分。

4.根据权利要求3所述的一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：所述上轮廓线为球头、两条二次曲线和一条直线的组合，所述球头的圆弧结束部分与一条二次曲线相接，曲线斜率由与圆弧相切逐渐过渡到水平，形成机身上表面座舱前方的平坦部分；第二条二次曲线从水平部分开始，形成一个角度接近90°的座舱前部，二次曲线后部的角度过渡到水平，形成座舱的顶部；二次曲线结束部分接一条水平的直线，形成机身上部的平直部分。

5.根据权利要求1所述的一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：步骤三所述的二次曲线方法为：假设起点A为飞行器弹身铅垂对称平面与横截面在背风面的交点，二次曲线的终点B为水平面与横截面的交点，C点为过点A及点B的横截面切线的交点，平面ABC内过A、B点的二次曲线形状由肩点E的位置控制，设点D为直线的中点，引入二次曲线形状参数ρ，且通过控制形状参数ρ的取值唯一地确定肩点E的位置，并进而唯一地确定二次曲线AEB的形状：

(1)当ρ0.5，二次曲线为双曲线；

(2)当ρ0.5，二次曲线为椭圆；

(3)当ρ＝0.5，二次曲线为抛物线；

(4)当ρ＝0.4142且则二次曲线为圆；

(5)当ρ接近1时，二次曲线接近于矩形；

(6)当ρ接近0时，二次曲线接近于直线。

6.根据权利要求1所述的一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：步骤三所述基于类型函数与形状函数的CST方法为：将左右对称的截面形状用如下表达式描述：

其中S(η)为形状函数，为类型函数，ζ和η分别为横坐标和纵坐标无量纲化后的值，在的表达式中通过选取指数N1和N2的值得到相应的截面形状。

7.根据权利要求6所述的一种可重复使用的天地往返飞行器外形设计方法，其特征在于：在各控制舵面的设计时，前缘分别以半径为50mm～80mm区间中的圆弧进行钝化。