一种高超声速飞行器H型气动舵制造技术

本实用新型专利技术属于飞行器气动控制技术领域，公开了一种高超声速飞行器H型气动舵，包括设置于飞行器尾段的气动舵，气动舵包括四个沿飞行器尾段对称设置的舵面，舵面分别为舵面一、舵面二、舵面三和舵面四；舵面一、舵面二、舵面三和舵面四在飞行器尾段呈H型，其中舵面一的中轴面与舵面四的中轴面位于同一平面内，舵面二的中轴面和舵面三的中轴面位于同一平面内。本实用新型专利技术采用四片舵面呈H型对称打开的思路，在不产生额外的三通道气动力矩条件下，通过H型舵面增加的阻力，使飞行器的压心后移，提高飞行器的静稳定度。

【技术实现步骤摘要】
一种高超声速飞行器H型气动舵
本技术属于飞行器气动控制
，具体涉及一种高超声速飞行器H型气动舵。
技术介绍
静稳定裕度是指气动中心(压心)到飞行器质心的距离，压心在质心之后静稳定度为正，飞行器是静稳定的；压心在质心之前静稳定度为负，飞行器是静不稳定的。目前，一般通过增加配重使飞行器重心前移和给飞行器增加机翼或者气动舵的方式来增加飞行器的静稳定性，但这两种方式能增加的静稳定裕度都比较有限，首先飞行器的头部尖细或者扁平，增加配重非常有限，且增加配重会影响飞行器的运载能力；其次受尺寸、重量和舵机负载能力的限制，增加的机翼或者气动舵面积受限。另外，这两种增加稳定性的方式会导致高超声速飞行器全弹压心前移，使全弹静稳定裕度大幅减小，尤其是起飞时静不稳定度非常大，从而影响全弹的飞行控制。
技术实现思路
基于以上问题，本技术提供一种高超声速飞行器H型气动舵，采用四片舵面呈H型对称打开的思路，在不产生额外的三通道气动力矩条件下，通过H型舵面增加的阻力，使飞行器的压心后移，提高飞行器的静稳定度。为解决以上技术问题，本技术提供了一种高超声速飞行器H型气动舵，包括设置于飞行器尾段的气动舵，气动舵包括四个沿飞行器尾段对称设置的舵面，舵面分别为舵面一、舵面二、舵面三和舵面四；舵面一、舵面二、舵面三和舵面四在飞行器尾段呈H型，其中舵面一的中轴面与舵面四的中轴面位于同一平面内，舵面二的中轴面和舵面三的中轴面位于同一平面内。进一步地，飞行器为带有助推器且头部为扁平结构的高超声速飞行器。进一步地，每个舵面与飞行器尾段连接处设置有用于驱动对应舵面偏转的舵面驱动装置，每个舵面的偏转轴沿飞行器尾段侧壁的长度方向设置。进一步地，舵面一的偏转轴和舵面三的偏转轴所在的平面与舵面二的偏转轴和舵面四的偏转轴所在的平面之间的夹角为20°～40°。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术采用四片舵面呈H型对称打开的思路，在不产生额外的三通道气动力矩条件下，通过H型舵面增加的阻力，使飞行器的压心后移，提高飞行器的静稳定度。附图说明图1为实施例1和实施例2中H型气动舵与飞行器尾段的位置关系示意图；图2为实施例2中舵面与飞行器尾段的连接关系立体示意图；图3为实施例2中H型气动舵增稳控制方式示意图；图4为实施例2中头部扁平结构的高超声速飞行器分离前的模型图；图5为实施例2中高超声速飞行器全弹压心、质心变化曲线；图6为实施例2中头部扁平结构的高超声速飞行器纵向压心、质心变化曲线；其中：1、舵面一；2、舵面二；3、舵面三；4、舵面四；5、飞行器；6、一级助推。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明，本技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本技术，并不作为对本技术的限定。实施例1：参见图1，一种高超声速飞行器H型气动舵，包括设置于飞行器5尾段的气动舵，气动舵包括四个沿飞行器5尾段对称设置的舵面，舵面分别为舵面一1、舵面二2、舵面三3和舵面四4；舵面一1、舵面二2、舵面三3和舵面四4在飞行器5尾段呈H型，其中舵面一1的中轴面与舵面四4的中轴面位于同一平面内，舵面二2的中轴面和舵面三3的中轴面位于同一平面内。在本实施例中，飞行器5尾段设置四个对称且呈H型的舵面形成H型气动舵，飞行器5在飞行过程中，四片舵面“H”型对称打开，在不产生额外的三通道气动力矩条件下，通过H型舵面增加的阻力，使飞行器5的压心后移，使飞行器5的静稳定度提高。实施例2：参见图1-6，一种高超声速飞行器H型气动舵，包括设置于飞行器5尾段的气动舵，气动舵包括四个沿飞行器5尾段对称设置的舵面，舵面分别为舵面一1、舵面二2、舵面三3和舵面四4；舵面一1、舵面二2、舵面三3和舵面四4在飞行器5尾段呈H型，其中舵面一1的中轴面与舵面四4的中轴面位于同一平面内，舵面二2的中轴面和舵面三3的中轴面位于同一平面内。飞行器5为带有助推器且头部为扁平结构的高超声速飞行器5。带有助推器的高超声速飞行器5的助推器与飞行器5分离高度一般都在临近空间，速度高、空气密度大，分离时处于高动压的飞行环境。考虑到高动压分离时飞行器5会受到较大的扰动，为了避免飞行器5姿态发散失控，一般要求此时必须有足够的静稳定度裕度。对于锥-柱-裙结构，尤其是头部扁平结构的飞行器5(如图2所示)，其静稳定裕度较低，甚至是静不稳定。因此通过在飞行器5的尾段设置四个对称且呈H型的舵面形成H型气动舵，H型舵面增加的阻力，使飞行器5的压心后移，使飞行器5的静稳定度提高。在本实施例中，每个舵面与飞行器5尾段连接处设置有用于驱动对应舵面偏转的舵面驱动装置，每个舵面的偏转轴沿飞行器5尾段侧壁的长度方向设置。在助推器与飞行器5分离前，通过舵面驱动装置调节四个舵面在飞行器5尾段呈X型(如图2或图4所示)，可以减小气动舵的阻力，有利于带有助推器的高超声速飞行器5的高速飞行。助推器与飞行器5进行分离时，考虑到大动压分离时飞行器5可能会受到较大的扰动，为了避免飞行器5姿态发散失控，此时通过舵面驱动装置控制舵面一1和舵面四4以对称轴互为反向对称打开，舵面二2和舵面三3互为反向对称打开，最终四片舵面“H”型对称打开，在不产生额外的三通道气动力矩条件下，通过舵面偏转增加的阻力，使飞行器5的压心后移，使飞行器5有足够的静稳定度。舵面一1的偏转轴和舵面三3的偏转轴所在的平面与舵面二2的偏转轴和舵面四4的偏转轴所在的平面之间的夹角为20°～40°，可以使每个舵面偏转10°～20°即可实现四个舵面呈H型。下面以带有一级助推6高超声速飞行器5(如图4所示)的H型气动舵为例，将高超声速飞行器全弹飞行和头部扁平结构的飞行器飞行进行模拟试验，结合模拟试验结果数据图表对本实施例中的技术效果作进一步说明(为便于描述相关的位置关系，本实施例用舵面后沿视图中的两条对称轴来描述相关位置关系；两条对称轴分别为：Ⅰ-Ⅲ对称轴和Ⅱ-Ⅳ对称轴。)：H型气动舵增稳的具体控制方式为：在以在Ⅰ-Ⅲ对称轴互为反向偏转，从A视角看，舵面后沿偏转方向如图2所示。如打开H型10度舵面(记为H10)表示：从后往前看，舵面一1、舵面四4的后沿均向上偏转10°，舵面二2、舵面三3的后沿均向下偏转10°，形成H型气动舵；同理打开H型20度舵面(记为H20)表示：从A视角看，舵面一1、舵面四4的后沿均向上偏转20°，舵面二2、舵面三3的后沿均向下偏转20°，形成H型气动舵。表1和图5给出了高超声速飞行器5全弹在俯仰方向的压力中心与质心位置变化情况。从表1和图5可见，高超声速飞行器5满载起飞时质心大约为0.6、马赫数0，耗尽时质心大约为0.43、马赫数大约为8。在发射初期，高超声速飞行器5的纵向静稳定度约5％；随着燃料的逐渐消耗和飞行速度的增加，高超声速飞行器5的纵向静稳定性越来越高，至马赫数8时的静稳定度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高超声速飞行器H型气动舵，包括设置于飞行器(5)尾段的气动舵，其特征在于：所述气动舵包括四个沿飞行器(5)尾段对称设置的舵面，所述舵面分别为舵面一(1)、舵面二(2)、舵面三(3)和舵面四(4)；所述舵面一(1)、所述舵面二(2)、所述舵面三(3)和所述舵面四(4)在飞行器(5)尾段呈H型，其中舵面一(1)的中轴面与舵面四(4)的中轴面位于同一平面内，舵面二(2)的中轴面和舵面三(3)的中轴面位于同一平面内。/n

【技术特征摘要】
1.一种高超声速飞行器H型气动舵，包括设置于飞行器(5)尾段的气动舵，其特征在于：所述气动舵包括四个沿飞行器(5)尾段对称设置的舵面，所述舵面分别为舵面一(1)、舵面二(2)、舵面三(3)和舵面四(4)；所述舵面一(1)、所述舵面二(2)、所述舵面三(3)和所述舵面四(4)在飞行器(5)尾段呈H型，其中舵面一(1)的中轴面与舵面四(4)的中轴面位于同一平面内，舵面二(2)的中轴面和舵面三(3)的中轴面位于同一平面内。


2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器H型气动舵，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何烈堂，肖涵山，欧朝，吉洪亮，柳宁远，和争春，陈伟，李明辉，方桂才，王微，官睿，杨召，任有成，杨洋，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心，
类型：新型
国别省市：四川;51