CN115507707A - 一种超音速大机动隐身靶标气动布局 - Google Patents

一种超音速大机动隐身靶标气动布局 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超音速大机动隐身靶标气动布局，包括：头罩、机身中段、机身尾段、机翼、副翼、外倾全动V尾；头罩、机身中段、机身尾段依次连接，头罩采用椭圆形截面，两侧带棱边；机身中段采用椭圆形等截面机身，机身两侧带有棱边；机翼采用后掠梯形翼；副翼设置于机翼后端尾缘；机身尾段的尾部设置外倾全动V尾进行靶标的操纵控制，外倾全动V尾采用倾斜双立尾布局；靶标采用双侧进气，机翼与机身中段和机身尾段采用翼身融合升力体气动布局。本发明气动布局靶标布局流畅，气动特性优异。结合实际供靶流程，兼顾靶标亚音速巡航特性和超音速供靶段巡航和大机动飞行特性，具有良好的隐身性能，能够模拟五代机典型飞行特性和目标特性。

Description

一种超音速大机动隐身靶标气动布局
技术领域
本发明涉及一种超音速大机动隐身靶标气动布局，属于气动领域。
背景技术
靶标是一种可模拟飞机、导弹等各类敌方威胁目标的飞行器，主要用于武器的鉴定和日常战训。随着外军五代战斗机的装备列装，极大的促进了我军防空武器系统的发展，为了鉴定和考核我军武器装备的战技指标和作战效能，发展能够有效模拟五代机的靶标成为了关键。
而我国现有靶标仍以“低、小、慢”为主，能够模拟新一代战斗机超音速大机动飞行特点且具备隐身能力的靶标仍属于空白，因此研究一种超音速大机动隐身靶标具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供了一种超音速大机动隐身靶标气动布局，该靶标外形气动特性优异，能满足靶标亚跨超音速飞行宽速域的气动特性要求，而且具有良好的隐身特性，能够模拟五代机典型飞行特性和目标特性。
本发明所采用的技术方案是：一种超音速大机动隐身靶标气动布局，包括：头罩、机身中段、机身尾段、机翼、副翼、外倾全动V尾；头罩、机身中段、机身尾段依次连接，头罩采用椭圆形截面，两侧带棱边；机身中段采用椭圆形等截面机身，机身两侧带有棱边；机翼采用后掠梯形翼；副翼设置于机翼后端尾缘；机身尾段的尾部设置外倾全动V尾进行靶标的操纵控制，外倾全动V尾采用倾斜双立尾布局；靶标采用双侧进气，机翼与机身中段和机身尾段采用翼身融合升力体气动布局。
进一步的，所述进气道采用DSI进气道，进气道采用双S型。
进一步的，所述头罩型线采用冯卡门曲线，长细比范围为3～5。。
进一步的，所述机身中段的椭圆形截面宽度的取值范围为350mm～400mm，高度的取值范围为320mm～370mm。
进一步的，所述机翼的后掠角为40°～60°。
进一步的，所述外倾全动V尾采用后掠梯形翼，后掠角为40°～60°。
进一步的，所述机翼与外倾全动V尾前缘平行。
进一步的，所述靶标的机身侧面采用斜切面。
进一步的，所述副翼面宽为80mm～100mm，展向长度为600mm～710mm，通过副翼的差动偏转实现靶标飞行过程中的滚转控制。
进一步的，所述外倾全动V尾分别设置于机身尾段边条位置处，机身尾段采用船形收尾，外倾全动V尾外倾角设置为40°～50°，V尾翼展为1000mm～1200mm，翼根长度为550mm～600mm，翼稍长度为100mm～150mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明的头罩为椭圆形截面放样体带侧向棱边，同时兼顾气动减阻，设备装载和减小雷达散射截面积。机身中段采用椭圆形等截面带侧向棱边；机身尾段采用收船尾设计以减小飞行底部阻力。两个设置于机身中段的机翼，主要为巡航和机动飞行提供所需的升力；两个设置于机翼尾缘的副翼主要用于靶标飞行过程中的滚转控制。两个设置于机身尾端的外倾全动尾翼能同时保证靶标俯仰和偏航的静稳定性，同时全动尾翼的偏转可以同时进行靶标纵向和航向的控制。本发明的靶标结构简单，气动布局简洁流畅，飞行性能好，隐身性能好。
附图说明
图1是超音速大机动隐身靶标等轴测视图。
图2是超音速大机动隐身靶标俯视图。
图3是超音速大机动隐身靶标侧视图。
图4是超音速大机动隐身靶标主视图。
图5是超音速大机动隐身靶标气动性能曲线图。
图6是超音速大机动隐身靶标RCS(雷达横截面积)曲线图。
图7是靶标供靶飞行典型飞行剖面的Ma曲线图。
图8是靶标供靶飞行典型飞行剖面的过载曲线图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明进行说明。
在靶试训练中，当武器在准备阶段时，靶标在空中亚音速巡航飞行可与武器系统雷达进行对准，当进入供靶飞行段时，则以超音速巡航并作大机动逃逸飞行。
本靶标采用双侧进气、翼身融合升力体气动布局。进气道7采用DSI进气道，靶标尾部设置外倾全动V尾6进行靶标的操纵控制。本发明的隐身靶标气动布局，包括：头罩1，所述头罩1采用椭圆形截面两侧带棱边设计，两侧棱边设计可以有效减小雷达散射面积，头罩1型线采用冯卡门曲线可以有效降低阻力；机身中段2，所述机身中段2采用椭圆形等截面机身，机身两侧带有棱边，可以有效降低全机的雷达散射截面积；机身尾段3，所述机身尾段3采用船形收尾以减少机身的底部阻力；机翼4，所述机翼4采用中等后掠角梯形翼平面形状；副翼5，所述副翼5设置于机翼4后端尾缘；外倾全动V尾6，所述外倾全动V尾6采用倾斜双立尾布局，尾翼位于机身尾端面。
头罩1长细比范围为3～5，大长细比头罩主要为了减小超音速飞行时的阻力。
所述机身中段2采用的椭圆形截面宽度的取值范围为350mm～400mm，高度的取值范围为320mm～370mm，机身中段2两侧带棱边以有效降低雷达散射截面积，提高隐身性能。
所述机翼4、外倾全动V尾6均采用中等后掠角梯形翼，后掠角约为40°～60°；
所述机翼4、外倾全动V尾6前缘采用平行原则设计可以有效降低靶标的雷达散射截面积；
所述机翼4与机身中段2和机身尾段3采用翼身融合设计、机身侧面采用斜切面设计以降低靶标的雷达散射截面积，机身采用升力体机身，可大幅提高靶标升阻比；
两个所述机翼4分别设置于机身中部，采用中等后掠角梯形翼，机翼后掠角40°～60°，兼顾考虑降低跨、超音速巡航飞行阻力和超音速机动飞行的升力特性需求。
本超音速靶标采用双侧DSI进气布局，进气道采用双S型设计以减小雷达散射截面积。
两个所述副翼5设置于机翼4后端尾缘，所述副翼面宽约为80mm～100mm，展向长度为600mm～710mm，通过副翼5的差动偏转实现靶标飞行过程中的滚转控制。
两个所述外倾全动V尾6分别设置于后机身边条，尾翼采用中等后掠角梯形翼。倾斜尾翼外倾角设置为40°～50°，保证尾翼在水平面内和对称面内均有适合的投影面积以保证纵向静稳定性和航向静稳定性。所述V尾翼展约为1000mm～1200mm，翼根长度约为550mm～600mm，翼稍长度约为100mm～150mm。
两个所述外倾全动V尾6同方向偏转用于控制靶标的俯仰，差动偏转用于控制靶标的航向。外倾V尾采用全动尾翼设计可有效提高靶标机动飞行时的操纵能力，同时外倾全动V尾相比于常规平尾和垂尾气动布局也有效降低靶标飞行阻力。另外，外倾全动尾翼由于能够同时进行俯仰和航向操纵控制，相比于常规平尾加立尾的布局设计，节省了一副舵机系统，明显降低靶标的成本。而成本是靶标类消耗型器材设计时要考虑的重要因素。
实施例：
如图1靶标等轴侧视图所示，本发明的实施例提供了一种超音速大机动隐身靶标，包括头罩1、机身中段2、机身后段3、机翼4、副翼5、外倾全动尾翼6、进气道7。
头罩1为圆形截面放样体，头罩型线采用冯卡门曲线，头罩长细比设计为5，头罩带侧向棱边，可以对雷达波进行散射，有效降低靶标的雷达散射截面积以更准确的模拟真实飞行器的目标特性。
机身中段2位于头罩1的后端，机身中段为椭圆形等截面机身，截面宽度为375mm，高度为350mm。机身侧向带棱边可以有效降低整个靶标的雷达散射截面积。
机身后段3连接机身中段后端，机身后段呈船尾形状，船尾状结构的横截面积沿远离机身中段的一端逐渐减小，机身后段型面设计有效降低靶标底部阻力。
两个机翼4分别设置在机身中段两侧，所述机翼采用中等后掠角梯形翼，机翼后掠角为48°，翼展为2000mm，翼根为850mm，翼稍为210mm。机翼4主要提供靶标巡航飞行和机动飞行时的升力。所述机翼平面形状可以同时兼顾靶标亚音速、超音速巡航和机动飞行时的气动特性需求，采用48°后掠梯形翼面形状可以延缓局部超音速的出现。
两个副翼5设置于机翼尾缘，所述副翼面宽为100mm，展向长度为645mm，两个副翼差动偏转可用于靶标的飞行滚转控制。
如图1靶标等轴侧视图和图3靶标侧视图所示，两个外倾全动尾翼6分别设置于机身后段尾部。外倾全动尾翼外倾角为45度，后掠角为53度，翼展为1130mm，翼根长度为580mm，翼稍长度为110mm。外倾全动尾翼可以同时保证俯仰方向和偏航方向的静稳定性，当外倾全动尾翼偏转角度时，可以进行靶标俯仰方向、偏航方向的控制。两侧外倾全动尾翼同方向偏转时进行靶标俯仰方向控制，两侧全动尾翼差动偏转进行靶标偏航方向的控制。
如图4靶标主视图所示，靶标采用翼身融合设计，能够减小靶标的阻力，采用双侧进气方案通过升力体机身设计能够有效提升整个靶标的升力面，提高靶标升阻比，同时翼身融合设计能够减小雷达散射截面积。
如图2靶标俯视图所示，靶标采用的双侧进气布局与背部进气和腹部进气相比能够有效降低靶标的雷达散射截面积。同时双侧进气布局还可以在双侧进气道后部空间装载液体火箭发动机的燃料，增大靶标的装载空间。
如图4靶标主视图所示，进气道7采用鼓包进气道设计，保证进气性能的同时也可以有效降低靶标的雷达散射面积。同时进气道7为双S弯进气道设计，能使发动机叶片得到有效遮挡，有效降低全机的雷达散射截面积，提高靶标的隐身性能。
如图5靶标气动升阻比曲线所示，靶标亚音速0.8Ma时最大升阻比K约9，超音速1.6Ma最大升阻比约5.3，靶标在亚音速和超音速飞行时均具有良好的气动特性。
如图6靶标RCS曲线所示，靶标在X波段前向0～30°范围内雷达散射截面积均值小于0.01m2，隐身性能优异，能够模拟新型战斗机隐身特性。
如图7和图8靶标典型飞行剖面的马赫数和过载曲线图所示，靶标首先以0.8Ma亚音速巡航(与武器系统雷达进行对准)，后加速至超音速1.6Ma巡航(供靶飞行段)，后做超音速6g盘旋机动(靶标作大机动逃逸飞行)。整个过程再现了靶标实际供靶飞行的过程。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，包括：头罩(1)、机身中段(2)、机身尾段(3)、机翼(4)、副翼(5)、外倾全动V尾(6)；头罩(1)、机身中段(2)、机身尾段(3)依次连接，头罩(1)采用椭圆形截面，两侧带棱边；机身中段(2)采用椭圆形等截面机身，机身两侧带有棱边；机翼(4)采用后掠梯形翼；副翼(5)设置于机翼(4)后端尾缘；机身尾段(3)的尾部设置外倾全动V尾(6)进行靶标的操纵控制，外倾全动V尾(6)采用倾斜双立尾布局；靶标采用双侧进气，机翼(4)与机身中段(2)和机身尾段(3)采用翼身融合升力体气动布局。
2.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述进气道(7)采用DSI进气道，进气道采用双S型。
3.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述头罩(1)型线采用冯卡门曲线，长细比范围为3～5。。
4.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述机身中段(2)的椭圆形截面宽度的取值范围为350mm～400mm，高度的取值范围为320mm～370mm。
5.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述机翼(4)的后掠角为40°～60°。
6.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述外倾全动V尾(6)采用后掠梯形翼，后掠角为40°～60°。
7.根据权利要求6所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述机翼(4)与外倾全动V尾(6)前缘平行。
8.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述靶标的机身侧面采用斜切面。
9.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述副翼(5)面宽为80mm～100mm，展向长度为600mm～710mm，通过副翼(5)的差动偏转实现靶标飞行过程中的滚转控制。
10.根据权利要求1所述的一种超音速大机动隐身靶标气动布局，其特征在于，所述外倾全动V尾(6)分别设置于机身尾段(3)边条位置处，机身尾段(3)采用船形收尾，外倾全动V尾(6)外倾角设置为40°～50°，V尾翼展为1000mm～1200mm，翼根长度为550mm～600mm，翼稍长度为100mm～150mm。
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