[实用新型]一种弱化升力体气动耦合效应的气动布局

说明书

本实用新型一种弱化升力体气动耦合效应的气动布局，包括头锥、翼身、立尾、侧向切削、副翼。翼身采用机翼和机身融合设计，机翼和机身之间平滑过渡，形成一个扁平状的机体，所述机体具有上表面、下表面，位于机体前端的前缘、位于机体后端的后缘和位于机体后端的底部，以及两个位于机体两侧的翼尖；头锥采用球头设计，在翼身前端；垂直尾翼位于翼身后缘上表面；侧向切削位于翼身两侧的翼尖；副翼位于翼身底部。本实用新型通过小的机翼后掠角和小的机翼上反角实现横航向气动耦合弱化；通过副翼纵向梯形剖面形状实现操纵力矩耦合弱化。飞行器气动耦合的弱化能够显著减小飞行器控制设计难度，提高飞行器稳定性。

技术领域

本实用新型涉及一种用于弱化升力体气动耦合效应的气动布局，属于高超声速飞行器气动布局设计技术领域。

背景技术

高超声速飞行器逐渐朝着面对称升力体外形发展，升力体外形具有良好的气动效率，在再入过程中可以有效的提高航程及减小气动力过载和气动热载荷。

升力体飞行器不同于轴对称飞行器，布局本身的转动惯量集中于体轴，稳定性较弱且存在不可忽视的气动耦合，气动耦合往往诱发飞行器产生振荡，继而与惯性耦合相互作用诱发失稳发散。如Htv-2两次飞行试验都因气动耦合诱发失稳导致飞行器发散失败，早期的X-2飞行器也遭遇了气动耦合诱发的耦合失稳导致机毁人亡。

目前对气动耦合的研究多由控制专业基于气动布局从解耦方法角度设计稳定性。若从初始气动布局设计阶段即考虑弱化气动耦合的布局形式往往能够减小后期稳定性设计难度。

实用新型内容

本实用新型技术解决的问题是：克服现有技术的不足，从气动角度出发，提出一种弱化气动耦合的布局形式，以满足高超声速升力体飞行器气动布局设计中对改善气动耦合性能的需求。

本实用新型技术方案是：一种面对称升力体飞行器气动布局，包括头锥、翼身、垂直尾翼、侧向切削、副翼，所述翼身采用机翼和机身融合设计，机翼和机身之间平滑过渡，形成一个扁平状的机体，所述机体具有上表面、下表面，位于机体前端的前缘、位于机体后端的后缘和位于机体后端的底部，以及两个位于机体两侧的翼尖；头锥采用球头设计，在翼身前端；垂直尾翼位于翼身后缘上表面；侧向切削位于翼身两侧的翼尖；副翼位于翼身底部。

所述头锥半径为机体长度2％，与机身相切融合。

所述翼身将机翼和机身融合过渡为一个扁平状的机体，所述机体沿一与飞行方向平行的中轴线对称，所述机体展弦比为0.6，机翼后掠角70°，机翼上反角为0°。

所述垂直尾翼其平面形状为梯形，其后缘与机体的后缘在同一平面，根梢比3.2，前缘后掠角65°。

所述侧向切削平行于机体对称面，切削长度为机体长度的25％。

所述副翼侧视轮廓为直角梯形，根梢比为2；俯视轮廓为正方形，长度为机体长度的10％。

本实用新型与现有技术相比有益效果为：

(1)本实用新型布局形式通过改变后掠角和上反角弱化飞行器横航向气动耦合，不添加额外空气舵面；

(2)本实用新型布局形式通过改变副翼剖面形状弱化飞行器操纵力矩气动耦合，不影响其他部位布局形式。

附图说明

图1升力体布局L0(70°后掠0°上反)；

图2对比布局L1、L2，其中左图L1：74°后；掠0°上反；右图L2：78°后掠0°上反)；

图3L0、L1和L2横航向气动耦合对比曲线；

图4升力体布局L0(70°后掠0°上反)；

图5对比布局L3、L4，其中左图L3：70°后掠4°上反；右图L4：70°后掠8°上反)；