[发明专利]一种高超声速巡航飞机飞行性能优化分析方法

权利要求书

1.一种高超声速巡航飞机飞行性能优化分析方法，其特征在于，包括：

步骤一、确定飞行性能衡量指标，所述飞行性能衡量指标为起飞时刻飞机总质量与除燃料外飞机质量的比，具体包括：

起飞时刻的飞机总质量：

其中，为飞机总质量，M_p为有效载荷质量，M_f为燃料质量，M_e为除有效载荷和燃料外的其他飞机质量；

将M_p和M_e合并：

以作为飞行性能衡量指标；

步骤二、构建飞机高超声速巡航飞行的气动升力与重力的第一平衡方程，以及发动机推力与气动阻力的第二平衡方程，具体包括：

构建飞机高超声速巡航飞行的气动升力与重力的第一平衡方程：

构建飞机高超声速巡航飞行的发动机推力与气动阻力的第二平衡方程：

F_jet＝F_D＝F_L/C_L/D

其中，F_L为气动升力，M_f,c为巡航消耗的燃料质量，F_jet为发动机推力，F_D为气动阻力，C_L/D为巡航飞行升阻比；

步骤三、确定飞机高超声速巡航的第一约束条件以及火箭助推的第二约束条件，求解出高超声速巡航的最佳速度，具体包括：

当巡航发动机比冲Ic一定时，发动机推力正比于燃料流量：

将第一平衡方程和上式代入第二平衡方程得：

假设在巡航过程中保持不变，对上式两端积分，巡航时间Δt_c＝t_c,2-t_c,1，巡航开始时刻的燃料质量为巡航结束时刻燃料耗尽M_f,c(t_c,2)＝0，则：

将巡航时间代入上式得到第一约束方程：

其中，L为飞行距离，Lc为巡航飞行距离，Vc为巡航速度；

对于N级助推火箭，初始发射总质量与巡航开始时刻的质量有如下关系，即第二约束方程为：

其中，c_R,i＝I_R,i×g为第i级火箭发动机的喷气速度，I_R,i为相应的比冲，α_R,i为第i级火箭的结构质量比，Δv_i为第i级火箭提供的速度增量；

将第一约束方程与第二约束方程的两端分别相乘，有：

令上式代入其中，得到高超声速巡航的最佳速度V_c,o。

2.根据权利要求1所述的高超声速巡航飞机飞行性能优化分析方法，其特征在于，第i级火箭提供的速度增量为：

V_r与发射方式有关；

如果从地面发射，则：

V_r＝V_air+V_g

V_air为助推过程中克服空气阻力火箭需要提供的额外速度增量，V_g为助推过程中克服重力火箭需要提供的额外速度增量；

如果从空中发射，则：

V_r≈-V_m

V_m为带飞母机的速度。

3.根据权利要求2所述的高超声速巡航飞机飞行性能优化分析方法，其特征在于，

在一级助推火箭情况下，高超声速巡航的最佳速度V_c，o的关系式为：

在二级助推火箭情况下，高超声速巡航的最佳速度V_c,o的关系式为：