本发明专利技术公开了一种乘波基体的构造方法，包括根据飞行器两级入轨飞行任务以及级间分离条件确定来流条件；根据现有基于乘波体可变翼展助推级飞行器的现有特征，确定所述乘波基体的基准线线型，并确定基准线线型的所有组成曲线的曲线函数；利用来流条件和曲线函数，通过锥导激波理论计算得到乘波基体。利用所述的乘波基体构建两级入轨的助推级飞行器，包括该乘波基体的合适位置增加可变翼展的机翼；其机翼变形控制系统用于根据具体的飞行条件可以智能自适应调节翼展、后掠角以及上、下反角，在满足宽速域的高升阻比气动特性外，实现助推级飞行器的宽速域飞行稳定性，能够更好地适应并满足两级入轨宽速域飞行以及级间分离任务。足两级入轨宽速域飞行以及级间分离任务。足两级入轨宽速域飞行以及级间分离任务。
【技术实现步骤摘要】
一种乘波基体构造方法、助推级飞行器以及机翼控制系统
[0001]本专利技术涉及飞行器
，具体涉及一种乘波基体构造方法、助推级飞行器以及机翼控制系统。
技术介绍
[0002]国际商业发射需求的不断增加以及空间站的建立使得各国争相研制空间运输系统。两级入轨以低成本、高安全性和可靠性作为一种完全可重复使用未来空间运输系统方案一直以来受到各国广泛研究，比如德国的Sanger、美国的Quicksat、NGLT计划等。水平起降两级入轨飞行器，它由吸气式冲压发动机提供动力助推级和火箭动力的轨道级构成。两级入轨飞行器在常规机场起飞，依靠吸气式发动机动力加速爬升到20 ~ 40 km高空在高超声速条件下（Ma > 5）进行级间分离，完成分离后轨道级在火箭动力下爬升入轨完成任务后滑翔返回，助推级则自行动力控制返回机场，达到完全可重复使用的目的。在两级入轨任务过程中，需要助推级从亚声速到高超声速的一个宽速（空）域飞行，对助推级的宽速域升阻比气动性能和稳定性控制性能提出了非常高的要求，这也直接决定了助推级能否实现可重复使用。
[0003]目前常规飞机基本上只能在Ma < 3条件下进行飞行，常规飞机的动力、气动布局很难使得它们达到高超声速飞行；而乘波体虽然在高超声速条件下（设计马赫数）有优良的升阻比特性，但是乘波体飞行器在非设计马赫数条件下气动性能急剧下降，所以仅从气动性能方面来说，常规飞机和乘波体飞行器基本上都很难实现宽速域飞行。近些年来有些学者提出串联乘波体飞行器或者通过“变体技术”在不同马赫数飞行条件下针对性的改变乘波体下表面来实现较好乘波特性，但是乘波体飞行器一般只能适用于超声速条件下，在亚声速低马赫数条件下往往由于有效升力面积很小而无法提供足够的升力，并且乘波体的容积率较小，纵向稳定性差，所以这单纯依靠乘波体进行宽速域飞行是有待考究的。
[0004]另外也有学者单纯考虑在乘波体上添加翼或者通过机械液压操纵系统改变乘波体几何外形实现宽速域飞行，并且很少考虑说明飞行器宽速域稳定性问题。
[0005]但是目前针对用于两级入轨水平分离的自适应智能变形翼结构宽速域飞行自稳定助推级飞行器的研究极少。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种乘波基体构造方法、助推级飞行器以及机翼控制系统，以解决现有技术中目前针对用于两级入轨水平分离的自适应智能变形翼结构宽速域飞行自稳定助推级飞行器的研究极少的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：一种乘波基体的构造方法，包括步骤：步骤100、根据飞行器两级入轨飞行任务以及级间分离条件，确定乘波基体的预设马赫数的来流条件；
步骤200、根据飞行器两级入轨飞行任务以及级间分离条件下的基于乘波体可变翼展助推级飞行器的现有特征，确定所述乘波基体的基准线线型，并确定基准线线型的所有组成曲线的曲线函数；其中，所述基准线线型的组成曲线包括：水平线段以及光滑相切的连接在所述的水平线段两端的第一抛物线段，且位于所述的水平线段的两端的第一抛物线段呈镜像对称，所述第一抛物线段远离所述的水平线段的端部光滑相切的连接有第二抛物线段，且位于所述的水平线段的两侧的第二抛物线段呈镜像对称；步骤300、利用来流条件、水平线段、第一抛物线段和第二抛物线段的曲线函数，通过锥导激波理论计算得到乘波基体。
[0008]作为本专利技术的一种优选方案，在步骤300中，通过锥导激波理论计算得到乘波基体的具体方法为：步骤301、由所述的基准线线型在锥形激波面上的水平投影得到助推级乘波体飞行器的前缘曲线；步骤302、由所述的前缘曲线通过流线追踪得到乘波基体的下表面以及后缘曲线；通过所述的前缘曲线形成的自流面构成乘波基体的上表面；步骤303、通过所述的基准线线型与所述的后缘曲线一起构成乘波基体的后端面，完成乘波基体的构建。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，还包括利用切削法对得到的所述乘波基体的下表面进行切削，实现乘波基体的纵向自稳定性的方法，具体包括：从乘波基体的后端面的底部沿所述乘波基体的底部表面向所述前缘曲线水平切削，使所述乘波基体的下表面由一部分原先的乘波流面和经过切削后形成的水平面两者构成。
[0010]本专利技术提供了一种用于两级入轨的助推级飞行器，所述助推级飞行器包括基于所述的乘波基体的构造方法构造的乘波基体以及镜像设置在所述乘波基体两侧的变形机翼、镜像对称设置在所述乘波基体表面上的两个尾翼方向舵；其中，所述变形机翼用于通过其自身的变形改变所述飞行器的机翼翼展、后掠角和上、下反角。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，其中，所述变形机翼从所述乘波基体两侧的前缘曲线的中点向所述乘波基体的后端面延伸且沿所述乘波基体的宽度方向扩展，直至所述变形机翼的端部与所述乘波基体的后端面保持一致；所述变形机翼的外侧边缘与所述乘波基体的两侧的前缘曲线保持光滑相切。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，所述变形机翼包括固定翼段和连接在所述固定翼段上的变形翼段，所述固定翼段远离所述变形翼段的侧边通过连接杆转动连接在所述乘波基体的侧边，所述乘波基体内设置有驱动所述固定翼段绕所述连接杆转动的第二舵机；所述变形翼段包括中空蒙皮翼体以及安装在所述中空蒙皮翼体内部的翼肋板组，且所述翼肋板组包括沿中空蒙皮翼体宽度方向等间距分布的多个翼肋，且多个所述翼肋的长度与所述中空蒙皮翼体的长度相配合；每个所述翼肋至少连接有一个伸缩连接杆，且所述伸缩连接杆沿所述中空蒙皮翼
体的宽度方向延伸至所述固定翼段，所述固定翼段中设置有连接所述伸缩连接杆的第一舵机，且所述第一舵机控制所述伸缩连接杆在所述中空蒙皮翼体的宽度方向变化，进而控制相邻两个所述翼肋之间的距离。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述中空蒙皮翼体表面包覆有气动力传感层，所述气动力传感层从内至外依次包括碳纤维层和玻璃纤维层，在所述碳纤维层和玻璃纤维层之间分布有压力传感器网络层。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述尾翼方向舵垂直于由所述第一抛物线形成的所述乘波基体的上表面，且所述尾翼方向舵与所述第一抛物线段在所述锥形激波面的投影方向保持一致，所述尾翼方向舵的一端与所述乘波基体的后端面保持一致。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，还包括自适应机翼控制系统，所述自适应机翼控制系统包括变形翼控制模块，气动力测算模块，机翼掠角控制模块以及机翼反角控制模块；所述气动力测算模块用于通过所述压力传感器网络层采集获得所述变形机翼在飞行过程中受到的气动力数据；所述变形翼控制模块接收所述气动力测算模块气动力数据向所述机翼掠角控制模块以及机翼反角控制模块发送控制指令；所述机翼反角控制模块通过控制指令控制所述第二舵机驱动所述连接杆转动，改变助推级飞行器的上、下反角角度；所述机翼掠角控制模块通过控制指令控制所述第一舵机驱动所述伸缩连接杆的长度变化，改变所述变形翼段的翼展宽度；其中，所述机翼掠角控制模块用于在所述机翼反角控制模块完成助推级飞行器的上、下反角角度后向所述气动力测算模块发送气动力本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种乘波基体的构造方法，其特征在于，包括步骤：步骤100、根据飞行器两级入轨飞行任务以及级间分离条件，确定乘波基体的预设马赫数的来流条件；步骤200、根据飞行器两级入轨飞行任务以及级间分离条件下的基于乘波体可变翼展助推级飞行器的现有特征，确定所述乘波基体的基准线线型，并确定基准线线型的所有组成曲线的曲线函数；其中，所述基准线线型的组成曲线包括：水平线段以及光滑相切的连接在所述的水平线段两端的第一抛物线段，且位于所述的水平线段的两端的第一抛物线段呈镜像对称，所述第一抛物线段远离所述的水平线段的端部光滑相切的连接有第二抛物线段，且位于所述的水平线段的两侧的第二抛物线段呈镜像对称；步骤300、利用来流条件、水平线段、第一抛物线段和第二抛物线段的曲线函数，通过锥导激波理论计算得到乘波基体。2.根据权利要求1所述的一种乘波基体的构造方法，其特征在于，在步骤300中，通过锥导激波理论计算得到乘波基体的具体方法为：步骤301、由所述的基准线线型在锥形激波面上的水平投影得到助推级乘波体飞行器的前缘曲线；步骤302、由所述的前缘曲线通过流线追踪得到乘波基体的下表面以及后缘曲线；通过所述的前缘曲线形成的自流面构成乘波基体的上表面；步骤303、通过所述的基准线线型与所述的后缘曲线一起构成乘波基体的后端面，完成乘波基体的构建。3.根据权利要求2所述的一种乘波基体的构造方法，其特征在于，还包括利用切削法对得到的所述乘波基体的下表面进行切削，实现乘波基体的纵向自稳定性的方法，具体包括：从乘波基体的后端面的底部沿所述乘波基体的底部表面向所述前缘曲线水平切削，使所述乘波基体的下表面由一部分原先的乘波流面和经过切削后形成的水平面两者构成。4.一种用于两级入轨的助推级飞行器，其特征在于，所述助推级飞行器包括基于权利要求1
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3任意一项所述的乘波基体的构造方法构造的乘波基体（17）以及镜像设置在所述乘波基体（17）两侧的变形机翼（10）、镜像对称设置在所述乘波基体（17）表面上的两个尾翼方向舵（18）；其中，所述变形机翼（10）用于通过其自身的变形改变所述助推级飞行器的机翼翼展、后掠角和上、下反角。5.根据权利要求4所述的一种用于两级入轨的助推级飞行器，其特征在于，其中，所述变形机翼（10）从所述乘波基体（17）两侧的前缘曲线的中点向所述乘波基体（17）的后端面延伸且沿所述乘波基体（17）的宽度方向扩展，直至所述变形机翼（10）的端部与所述乘波基体（17）的后端面保持一致；所述变形机翼（10）的外侧边缘与所述乘波基体（17）的两侧的前缘曲线保持光滑相切。6.根据权利要求4所述的一种用于两级入轨的助推级飞行器，其特征在于，所述变形机翼（10）包括固定翼段（12）和连接在所述固定翼段（12）上的变形翼段（13），所述固定翼段（12）远离所述变形翼段（13）的侧边通过连接杆（16）转动连接在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪运鹏，王粤，姜宗林，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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