[发明专利]一种利用气动力辅助的超轨道速度飞行技术方法

说明书

本发明公开了一种利用气动力辅助的超轨道速度飞行技术方案，属于飞行器设计技术领域。该技术方案的基本原理是利用高升阻比飞行器产生指向地心的气动升力作为向心力的补充，实现超轨道速度飞行而不发生离心运动，同时辅以推力抵消气动阻力，维持超轨道速度持续飞行。本发明的具体内容为：首先基于高升阻比飞行器建立超轨道速度飞行器的飞行动力学模型；其次基于等高、等速假设，计算飞行器能够到达的超轨道飞行速度；然后建立超轨道速度飞行器的燃耗计算方法；最后采用优化方法求解燃耗最优飞行方案的轨道参数。这种超高速飞行技术在全球快速达到、航天应急救援等众多领域具有重要的应用潜力。

技术领域

本发明属于飞行器设计技术领域，涉及一种超轨道速度的飞行方案，具体是一种利用气动力辅助的超轨道速度飞行技术方法。

背景技术

临近空间是伴随着航空航天技术发展开辟出来的一块新的领域，通常指20～100km高的空域，介于飞机最高飞行高度与空间轨道飞行器最低飞行高度之间，是一个上可制天，下可制空、制海、制地的崭新作战领域。临近空间高超声速飞行器技术已成为航空航天技术的制高点，具有不可估量的军事应用价值和技术带动性。近年来，世界军事强国大力研究了多种高超声速临近空间飞行器技术，比如高超声速滑翔飞行器、高超声速巡航飞行器、空天飞行器等。这些高超声速飞行器技术构成了全球快速到达(侦察或者打击等)能力的重要基础。

尽管如此，这些临近空间飞行器的飞行速度无法超越轨道速度(即第一宇宙速度)，否则飞行器会做离心运动而脱离地球。我国国防科技大学在国家863计划研究中曾经提出一种利用气动力达到“增加”地球引力的等效效果，从而实现超越轨道速度飞行。但是由于飞行高度被限制在70km以上，对应的大气非常稀薄，飞行器能够产生的气动力非常小，只能够实现1.1倍以内的轨道速度飞行。如果能够研究出一种在临近空间实现更高速度的超轨道速度飞行技术，显然在全球快速达到任务、航天应急救援任务等众多领域具有重要的应用价值。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的瓶颈以及不足，为了实现更高速度的超轨道速度飞行技术、进一步缩短全球快速达到任务、航天应急救援任务等需要的时间，公开了一种利用气动力辅助的超轨道速度飞行技术方法，利用高升阻比飞行器产生指向地心的气动力作为向心力的补充，实现超轨道速度飞行而不发生离心运动，同时辅以推力抵消气动阻力，维持超轨道速度的持续飞行。

本发明是这样实现的：一种利用气动力辅助的超轨道速度飞行技术方法，其特征在于，不仅给出一种利用气动力辅助的超轨道速度飞行方案，而且给出了超轨道速度的计算方法和燃耗最优轨道优化方法，所述的方案具体步骤如下：

步骤一、基于高升阻比飞行器，建立飞行器以超轨道速度飞行时的受力平衡图和飞行动力学模型；

步骤二、基于等高、等速假设，计算飞行器能够达到的超轨道飞行速度；

步骤三、基于等高、等速假设，建立超轨道速度飞行器的燃耗计算方法；

步骤四、针对给定的超轨道速度，采用优化方法求解燃耗最优飞行轨道的参数，即采用优化方法确定燃耗最优的轨道高度和相应的飞行攻角。

进一步，所述的步骤一，其中气动升力指向地心，气动阻力采用推力予以平衡，具体方程如下：在纵向平面内，决定飞行器运动的微分方程组为：