[发明专利]一种内外流乘波飞行器布局

说明书

本发明涉及一种内外流乘波飞行器的气动布局，属于飞行器空气动力学设计技术领域。飞行器在气动布局设计方面采取将飞行器分为上、下两个部分：飞行器下半部分主要为高马赫数无动力滑翔飞行提供高升阻比，采用扁平的乘波体布局形式；飞行器上半部分主要用于布置吸气式冲压发动机。这种布局形式保证了发动机流道与乘波面相互独立、互不干涉，大大减小了气动与动力的耦合作用，特别是能够明显减小高马赫数无动力飞行时由发动机产生的阻力，对提高高马赫数无动力飞行时的升阻比非常有利，同时也有利于发动机的热防护。

技术领域

本发明涉及一种内外流乘波飞行器的气动布局，属于飞行器空气动力学设计技术领域。

背景技术

高超声速技术是21世纪航空航天技术发展的制高点，高超声速飞行器是指飞行速度超过5倍声速(即马赫数5)的飞行器，例如洲际弹道导弹、载人飞船、航天飞机等的最大速度可达20余倍声速，都属于高超声速飞行器。除了洲际弹道导弹等传统的高超声速飞行器之外，近十多年来在国际上有以下两类临近空间高超声速飞行器备受关注。

(1)临近空间吸气式巡航飞行器

这类飞行器是以超燃及组合动力冲压发动机为动力、可在临近空间进行高超声速巡航的一类飞行器。在巡航类飞行器气动布局中，主要还是采用升力体和乘波体气动布局(如美国的X-43A和X-51A、俄罗斯的IGLA、法德联合研制的JAPHAR等)，部分采用了轴对称构型(如美国的HyFly)。

X-51A是由波音公司设计制造的巡航飞行器，该飞行器主要目的是验证碳氢燃料的超燃冲压发动机。机体前半段采用了前体/二元进气道一体化设计，机体前半段近似为楔形头部，可以形成按一定角度分布的激波系，激波系产生的压力直接作用在机身前体下方，从而为飞行器整体提供升力，具有典型的乘波构型特征。

IGLA飞行器是由俄罗斯中央航空发动机研究院与中央空气流体动力研究院共同研发的巡航飞行器，也是超燃冲压发动机验证飞行器，该飞行器的弹道前段具有明显的助推-滑翔弹道，能够为超燃冲压发动机的启动创造条件，弹道后段飞行器在冲压发动机工作下做高空、高速平飞，末段再入返回地面。飞行器全长7.9m，翼展3.6m，最大升阻比3.15，发射质量2200kg，飞行速度6～14Ma，飞行高度20km～100km，自主飞行时间7min～12min。IGLA采用了双后掠三角翼与柱锥的气动布局，腹部中间位置为超燃冲压发动机进气道。从其弹道和气动布局可以推断IGLA也具有明显的乘波特征。

(2)临近空间助推滑翔飞行器

这类飞行器没有发动机提供动力，首先用火箭助推，然后在大气层内以高超声速进行远距离滑翔，可用于远程快速打击。在助推滑翔类飞行器气动布局中，主要以升力体和乘波体构型为主。美国研发的HTV系列是这一类飞行器的典型代表。其中HTV-2设计最大射程16668千米，横向机动距离5556千米，最大飞行速度达到马赫数20，可一小时内实现全球到达。HTV-2的核心气动问题是解决高升阻比气动布局的设计技术，以实现远程快速到达并具有大范围横向机动能力。HTV-2主要用于验证以下技术：高升阻比高超声速气动布局研究、气动热力学分析技术、自适应制导和控制技术及武器载荷配置技术。从公开的文献可以看出，HTV-2具有明显的乘波布局特征：尖前缘、大后掠，后缘布置有扩张式体襟翼与RCS控制机构。