[发明专利]一种高超声速双锥类乘波滑翔飞行器及气动外形设计方法

权利要求书

1.一种高超声速双锥类乘波滑翔飞行器，其特征在于：气动外形包括双锥上下表面、双锥轮廓、上下机体之间的圆角过渡以及控制舵、圆角以及控制舵与上表面、圆角间的光滑过渡；控制舵共有三个，可收缩在双锥内，弹出时一个位于双锥上表面，另两个位于圆角上；

所述双锥上下表面型线均为CST曲线、指数函数的叠加，双锥轮廓线为指数函数，上下表面型线间的圆角曲线为圆的标准方程的变换，舵面型线为CST曲线、圆的标准方程与一次函数的叠加；

所述的双锥分成第一锥、第二锥两部分，第一锥到第二锥的变换通过改变上、下半锥角实现；每一锥都被分成多个截面，每个截面通过上下表面型线描述；上下表面型线通过第一锥上半锥角、第一锥下半锥角、第二锥上半锥角、第二锥下半锥角、第一锥长度、第二锥长度、上表面型线控制参数、下表面型线控制参数、双锥轮廓曲线控制参数、圆角半径、底面宽度十一个变量组成的函数表达式表示；所述第一锥上下表面型线上的点的坐标表达式为：

其中，i为截面的标号，l_i为第i个截面与端头之间的法向距离，L₁为第一锥长度，W_i为第i个截面的最大宽度，R_i为第i个截面处的圆角半径，飞行器上表面简写为u，飞行器下表面简写为l，N_u、N_l为上、下表面型线控制参数，为第i个截面的上、下表面型线高度，其中的表达式为：

分别为第一锥上半锥角、下半锥角；

所述第二锥上下表面型线上点的坐标表达式为：

其中，L为双锥总长度，为第一锥最后一截面的上表面、下表面型线高度，W_1max为第一锥最后一个截面的宽度。

2.根据权利要求1所述的一种高超声速双锥类乘波滑翔飞行器，其特征在于：所述的双锥轮廓线通过指数函数表达，所述双锥轮廓线的坐标表达式为：

其中，参数n为轮廓曲线控制参数；W_max＝W_2max，第一锥、第二锥双锥轮廓函数相同。

3.根据权利要求2所述的一种高超声速双锥类乘波滑翔飞行器，其特征在于：所述的圆角与上下表面之间光滑过渡，所述圆角的坐标表达式为：

其中，y₁、分别为上下表面型线第一点与最后一点的y值；为上表面型线第一点的z值。

4.一种根据权利要求3所述的高超声速双锥类乘波滑翔飞行器的气动外形设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据各参数确定双锥上下表面型线、轮廓线的表达式；

2)根据圆角参数确定圆角的表达式；

3)根据控制舵参数，以步骤1)上下表面型线表达式为基础，确定方向舵表达式，以步骤2)圆角表达式为基础确定升降舵表达式；

4)根据步骤3)得到的控制舵表达式确定舵面。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：通过上半锥角、下半锥角以及第一锥长度、第二锥长度的改变实现第一锥到第二锥的过渡，通过上下半锥角与x确定每一截面的高度，通过轮廓线函数确定每一截面上下表面型线的最大宽度。

6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：在步骤1)中，使x值从0到L₁遍历，得到多条上下表面型线；针对每一x，使y从到遍历，得到组成每一条型线的点生成上下表面。

7.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：在步骤2)中，以与上下表面型线相交的半圆确定左右圆角，通过α从0到π遍历，得到圆角曲线。