单级入轨飞行器水平发射的优势

建立了可用于描述单级入轨飞行任务的动力学模型.选取了一种升力体外形的单级入轨飞行器作为算例,对水平发射的优势进行了论证.结合英国HOTOL的起飞参数对算例的水平发射过程进行了仿真,验证了地面助推发射对减少起飞段推进剂消耗的贡献.简要回顾并分析了美国X-33计划曾面临的技术困难,对算例在不同发射方式下所获得的入轨质量及其组成进行了比较,表明了降低起飞推重比对提高单级入轨飞行器运载效率的重要意义.选择相同的起飞参数,对采用不同发射方式时算例的飞行过程进行了对比.结果表明,水平起飞飞行器由于能够更好地利用其自身的升力体效应,在大气层内消耗的推进剂较垂直发射时少.     

双燃料升力体巡航飞行器设计

叙述了Ma＝10的双燃料(吸热碳氢燃料/低温氢燃料)升力体巡航飞行器的设计,最终结构质量不超过277 t,可携带4 540 kg有效载荷,作战半径可达15 750 km.设计要求根据其任务要求、操作方面考虑和性能问题而确定.给出了气动方法和性能结果,同时给出了参数进气道设计研究的结果.飞行器外形的长细比优化是通过飞行器宽度和高度变化的参数研究来完成的,在进行长细比研究时,除了考虑壳体质量和平面形状对飞行器起飞和巡航性能的影响外,还引入了流迹性能特性的CFD(计算流体动力学)计算结果.     

基于动压剖面的再入弹道解析解

针对升力体飞行器滑翔再入的飞行特点,提出基于动压剖面的再入弹道解析方法.首先,推导基于动压和高度历程的质点动力学方程,并给出已知动压剖面求弹道的解析算法.其次,根据飞行任务把滑翔再入过程分成初始下滑段和准平衡滑翔段,通过动压规划设计准平衡滑翔段弹道.最后仿真表明基于动压剖面的弹道设计方法能满足滑翔再入的飞行任务和飞行约束.     

滚转组合式轴承弹性铰链研究及应用

为满足升力体高超声速飞行器大气动载荷、低振动频率滚转动态特性的测量要求,研制了滚转组合式轴承弹性铰链机构.设计将轴承和弹性铰链并联,由轴承抵抗大的气动载荷,由弹性铰链精确测量模型滚转角的变化,解决了一体式铰链面临的承载能力和振动频率的矛盾.将该机构先后应用于升力体高超声速飞行器的滚转动态特性试验和战术导弹亚跨声速低振动频率的滚转阻尼试验,均获得良好的试验结果.     

火箭动力的翼身组合体高超声速巡航布局研究

针对火箭动力的翼身组合体,通过机头弯度、翼型弯度和机翼扭转角三个布局特征参数的定义,对高超声速下机身、机翼形成的激波升力体、激波升力面进行研究,确定它们对全机升阻比的影响,给出了适应临近空间高超声速巡航的布局设计准则以及由此得到的优化构型.研究表明,通过激波升力体和激波升力面的相互耦合设计,可以满足小迎角下高超声速巡航的气动特性要求,以及低速大迎角飞行的要求,实现翼身组合体布局的优化.     

升力体构型高超声速飞行器模态稳定性分析

高超声速技术具有前瞻性、战略性和带动性,其发展将为航空航天技术带来革命的突破。文章针对升力体构型高超声速飞行器的模态稳定性问题,首先建立了一个升力体飞行器基本的动力学模型。通过分析状态方程、转移矩阵特征方程的特征值分布情况,得出了高超声速飞行器纵向和横侧向模态稳定性的分析结果,并和纵向、横侧向的静稳定度进行比对。其结果表明升力体高超声速飞行器的纵向模态稳定性与纵向静稳定性是一致的,而在横侧向通道则存在不稳定的情况。     

应用分数阶控制器的飞行器精细姿态控制研究

针对某升力体高超声速飞行器在超燃冲压发动机工作前后的姿态控制问题,分析了发动机进气道关闭、打开和发动机点火3种状态下的机体气动特性。建立了典型的升力体高超声速飞行器的数学模型。采用分数阶控制器的结构和参数配置方法,设计了飞行器的法向过载控制器。控制器内回路采用极点配置法以改善控制系统的动态特性;外回路采用分数阶控制器来配置控制参数以满足飞行器高精度的姿态控制要求。仿真结果表明3种状态下升力体高超声速飞行器机体姿态均控制在平衡位置的±1°动态范围内。     

无动力升力体飞行器再入机动方案设计及仿真

针对无动力升力体飞行器特点,设计了其再入机动方案,包括余弦波形式侧向蛇形机动方案和改进的余弦波形式的纵向跳跃机动方案;并根据再入机动方案,对机动幅度、频率、方向的控制进行了仿真分析;仿真结果表明:设计的机动方案能够很好的实现纵向、侧向机动轨迹的控制。     

头部外形对升力体转捩影响的试验研究

针对升力体飞行器外形设计了圆球和椭球两种头部外形,在中国空气动力研究与发展中心Φ0.6m激波风洞上,采用磷光热图和薄膜热流传感器两种热流测试技术,开展了升力体迎风面转捩特性试验研究。试验来流马赫数为8,单位雷诺数分别为4.1×10⁶m^-1、2.7×10⁷m^-1,模型攻角10°,结果分析表明：相同流场条件下,不同外形的端头对迎风面边界层的转捩过程具有明显的影响,圆球端头的转捩发展过程明显的表现为由中心线向两侧逐渐扩展,转捩发生位置较椭端头外形靠前;椭球端头的转捩靠后,且转捩过渡带明显较短。     

滚转组合式轴承弹性铰链研究及应用

为满足升力体高超声速飞行器大气动载荷、低振动频率滚转动态特性的测量要求,研制了滚转组合式轴承弹性铰链机构.设计将轴承和弹性铰链并联,由轴承抵抗大的气动载荷,由弹性铰链精确测量模型滚转角的变化,解决了一体式铰链面临的承载能力和振动频率的矛盾.将该机构先后应用于升力体高超声速飞行器的滚转动态特性试验和战术导弹亚跨声速低振动频率的滚转阻尼试验,均获得良好的试验结果.