[发明专利]一种基于多段式可伸缩机翼的飞行器气动设计方法

说明书

本发明公开了一种基于多段式可伸缩机翼的飞行器气动设计方法，本发明专利属于空天飞行器气动外形设计领域，所述飞行器包括机体、空气舵和变形翼，所述机体包括前部的细长体和后部的机腹，所述飞行器设计方法包括如下步骤：步骤一、变形翼的基本外形设计：所述变形翼为多段式可伸缩机翼，且多段式可伸缩机翼可全部收入机体内；步骤二、机体上表面设计：确保机体的细长体能装下载荷I，且机体表面的高度不能超过发射平台的半径；步骤三、机体下表面设计；步骤四、空气舵设计。本发明的变形翼可以分段展开，进而扩大升阻比的变化范围，变形翼展开后可形成更大的翼面积，形成显著的升力增益。

技术领域

本发明专利属于空天飞行器气动外形设计领域，涉及一种基于多段式可伸缩机翼的飞行器气动设计方法。

背景技术

目前，飞行器对机动性、稳定性、飞行效率等提出了越来越高的要求。但是，传统固定外形飞行器的气动性能难以满足不同飞行和作战任务需求。从地面到临近空间，空域跨度越来越大，气压、温度变化巨大，同时飞行马赫数从低速到超声速，甚至到高超声速。不同环境条件对飞行器的外形要求差异巨大，固定外形飞行器难以满足要求。在此背景下，提出了变形翼技术。

变形翼技术不但能够改善飞行器的气动特性，增强续航能力、隐身能力、机动性能，还能实现跨越介质、多栖使用。将变形翼技术与飞行控制结合起来，可利用变形翼辅助机动。通过主动变形还可以延长部件疲劳寿命，增强飞行安全性能。综上所述，融合变形翼设计的无人飞行器是空天飞行技术领域的研究热点。

为提升飞行器的升力、机动等气动特性，根据可查文献及报告，绝大多数的变形翼技术采用的是变展长、变弦长、变掠角等单一维度上的思路，而本专利将飞行器前缘附近无法装载的空间设置为变形翼的总厚度，进而提出用厚度换取机翼在展向的更大面积的两重维度的新设计思路，可以显著增大变形翼的总面积，进而提高升阻比，提高续航能力和巡航能力且可以降低对发动机的要求。

发明内容

本发明的目的：针对机体内装填空间有限的问题，本发明提出一种基于多段式可伸缩机翼的飞行器气动设计方法，采用多段式可伸缩机翼以增大飞行器的翼面积，其核心在于通过几何上的布局，利用装填能力较小的飞行器前缘附近角区，在角区的厚度上布置可伸缩机翼，使之在展开后形成更大的翼面积，从而形成显著的升力增益。

技术内容：一种基于多段式可伸缩机翼的飞行器气动设计方法，所述飞行器包括机体、空气舵和变形翼，所述机体包括前部的细长体和后部的机腹，所述细长体内设有载荷I，所述机腹内设有载荷II，所述空气舵设置在机体的尾部，所述变形翼安装在机体上，所述设计方法包括如下步骤：

步骤一、变形翼的基本外形设计：所述变形翼为多段式可伸缩机翼，且多段式可伸缩机翼可全部收入机体内；

步骤二、机体上表面设计：确保机体的细长体能装下载荷I，且机体表面的高度不能超过发射平台的半径；

步骤三、机体下表面设计：确保细长体能满足布置的机翼最大厚度，机腹能装下载荷II的前提下，采用二元多斜板压缩构型或乘波构型增升构型；

步骤四、空气舵设计：采用可用来调整飞行器的力矩及升力和飞行方向的可转空气舵。

进一步的，所述步骤一中，所述变形翼包括n段机翼，且第n段机翼可收进第n-1段机翼里；所述变形翼的基本外形设计，具体包括如下步骤：

步骤(1)确定变形翼的轮廓外形，所述变形翼的各段机翼的外轮廓线与机体外轮廓线形状一致；

步骤(2)确定变形翼的旋转中心，将旋转中心设置在飞行器的最前缘；

步骤(3)确定变形翼的最大厚度及变形翼的段数：根据最大应力理论可计算出变形翼承载对应气动载荷的最小厚度h，基于飞行器的外形限制，可得到允许布置机翼的最大厚度H，通过计算H/h确定机翼段数n；