CN117382898A - 一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，属于气动布局设计技术领域，包括以下步骤：步骤一：设计飞行器的头部区域轮廓线；步骤二：设计预定平面飞行器预设长度处轮廓线高度方向限高顶点；步骤三：设计飞行器预设长度处的底部截面；步骤四：根据步骤一、步骤三中得到的轮廓线和底部截面，连接得到该处截面曲面；并进行填充；步骤五：根据步骤一、步骤四所得曲面关于指定平面对称，得到飞行器的所有曲面；采用接合方式，将所有曲面合并为一个模型，完成飞行器设计；步骤六：在飞行器中设计发动机的轮廓线；本方案中的飞行器能够提供滑翔飞行器的高升阻比，同时可以提供较大的装填空间，有利于高速飞行下的防热设计。

Description

一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法

技术领域

本发明涉及飞行器的气动布局设计技术领域，特别涉及一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法。

背景技术

飞得更快更远具备更强的机动性正在成为下一代高速飞行的升力体飞行器发展目标。为了具备更远的飞行航程，当前的飞行器通常采用具备高升阻比的升力体布局方案。在飞行模式上通常借助高升阻比和大升力在稠密大气中进行远距离的无动力滑翔。而无动力滑翔的飞行轨迹通常在升重平衡约束下采用拟平衡滑翔策略进行飞行，在飞行过程中飞行轨迹的速度和高度范围变化相对较小，因而导致飞行器的机动性有限；另外一方面随着飞行时间的增加，飞行过程中的阻力会导致飞行速度和高度不断减小，由于没有额外的能量补充，拟平衡滑翔条件无法维持，进而使得航程都受限。

为了使得当前的无动力滑翔升力体飞行器进一步具备更大的航程和机动性，需要研发一种新的布局方案。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述不足之处提供一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，该发明的创新点在于在通常无动力滑翔升力体布局方案的基础上增加补能发动机的组合设计，使得飞行器既能够借助高升阻比实现滑翔飞行，又能够通过补能发动机点火实现速度增加，以及姿态的弹跳变化，获得更好的机动性和航程，解决了现有技术中续航好机动性不好的问题。

本发明是通过下述方案来实现的：一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，包括以下步骤：

步骤一：设计飞行器的头部区域轮廓线；

步骤二：设计预定平面飞行器预设长度处轮廓线高度方向限高顶点；

步骤三：设计飞行器预设长度处的底部截面；

步骤四：根据步骤一、步骤三中得到的轮廓线和底部截面，连接得到该处截面曲面；并进行填充；

步骤五：根据步骤一、步骤四所得曲面关于指定平面对称，得到飞行器的所有曲面；采用接合方式，将所有曲面合并为一个模型，完成飞行器设计；

步骤六：在飞行器中设计发动机的轮廓线。

在步骤一中，包括子步骤：给定飞行器头部半径，考虑装填的要求给定头部球面切角/>约束条件；根据约束条件确定飞行器的头部部分。

其具体为，头部上表面轮廓线为头部半径为的圆弧，圆弧段对应角度为/>，与线段以切角/>相切，/>点为坐标原点，/>点为圆弧段结束点，根据头部半径/>和圆弧角度，计算得到点/>坐标；

由此根据、/>点坐标可以得到以为/>圆心，以/>为半径的圆弧/>，将圆弧绕x轴进行旋转即可生成飞行器的头部模型。

在步骤二中，包括子步骤：给定飞行器的设备及载荷装填长度，根据头部球面切角/>，计算/>处内径约束/>，给定发动机燃料装填体积约束/>，计算得到发动机燃料装药长度/>，计算飞行器总长/>；根据飞行器长度/>及步骤一头部球面切角/>，给出/>点的坐标和点/>坐标：得到/>平面长度/>处轮廓线高度方向限高顶点/>和点/>。

在步骤三中，包括子步骤：底部截面曲线关于平面对称，由步骤二可得/>点坐标，给定翼面展长/>，得到点/>坐标为和/>点坐标为：取圆弧/>的半径，给定圆弧对应的角度/>，确定/>点坐标为：给定圆弧/>的半径/>和圆弧对应的角度/>，确定/>点坐标；将用凸起因子为f1的二次曲线连接。

点在圆弧/>上，给定圆弧/>对应的角度/>，确定/>点坐标为：生成圆弧/>，将/>用凸起因子为f2的二次曲线连接，底部截面曲线完成。

在步骤四中，包括子步骤：由步骤一、步骤三可以得到圆弧、轮廓/>，采用桥接曲面连接方式，完成该处截面曲面的设计；采用曲面填充方式，顺次选择步骤三得到的曲线/>、曲线/>、曲线/>、曲线/>和曲线/>，完成飞行器尾部截面/>的填充。

在步骤六中，包括子步骤：自至/>处生成同轴的补能发动机圆柱体装填空间，其半径为/>，自处开始根据给定的发动机型号设计安装发动机喷管外形。

凸起因子 f1=0.75，凸起因子 f2=0.5。

在步骤二中，点坐标为：

。

在步骤三中，坐标为：/>；/>点坐标为：；圆弧/>的半径；/>点坐标为：/>；/>点坐标为：/>；/>点坐标为：。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本方案中的飞行器为扁平化菱形边条翼特征的升力体外形，能够提供滑翔飞行器的高升阻比，同时截面近似于菱形可以提供较大的装填空间用于弹药及发动机的装填，发动机喷管放置于飞行器尾部，有利于高速飞行下的防热设计，并且能够通过补能增加飞行器的飞行速度和高度，使得飞行器在滑翔飞行器的基础上进行弹跳，进一步提高航程和机动性。

附图说明

图1为头部轮廓线设计示意图；

图2为平面飞行器长度处轮廓线高度方向限高顶点设计示意图；

图3为底部截面轮廓线设计示意图；

图4为独立飞行器的立体示意图；

图5为独立飞行器的俯视图；

图6为独立飞行器的后视图；

图7为独立飞行器的侧视图；

图8和图9为搭载发动机飞行器的外形示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1~图9所示，本发明提供一种技术方案：

一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其至少包括但不限于以下步骤：

步骤一：生成飞行器的头部：如附图1所示，给定飞行器头部半径，考虑装填的要求给定头部球面切角/>约束条件。根据约束条件确定飞行器的头部部分，头部上表面轮廓线为头部半径为/>的圆弧，圆弧段对应角度为/>，与线段以切角/>相切，具体曲线形式见附图1。/>点为坐标原点，/>点为圆弧段结束点，根据头部半径/>和圆弧角度/>，计算得到点/>坐标为：

由此根据、/>点坐标可以得到以为/>圆心，以/>为半径的圆弧/>。将圆弧绕x轴进行180°旋转即可生成飞行器的头部半模，或者将圆弧绕x轴进行360°旋转即可生成飞行器的头部全部模型。

步骤二：设计平面飞行器长度/>处轮廓线高度方向限高顶点，如附图2所示，给定飞行器的设备及载荷装填长度/>，根据头部球面切角/>，计算/>处内径约束，给定发动机燃料装填体积约束/>，计算得到发动机燃料装药长度/>，计算飞行器总长/>。根据飞行器长度/>及步骤一头部球面切角/>，给出/>点的坐标为：

给出点坐标：

得到平面长度/>处轮廓线高度方向限高顶点/>和点/>。

步骤三：生成飞行器处的底部截面，如附图3所示：底部截面曲线关于平面/>对称，故，仅需设计二分之一底部截面曲线（轮廓/>）。由步骤二可得/>点坐标，给定翼面展长/>，可得点/>坐标为：

；

点坐标为：

取圆弧的半径/>，给定圆弧对应的角度/>，可以确定/>点坐标为：

给定圆弧的半径/>和圆弧对应的角度/>，可以确定/>点坐标为：

将用凸起因子为f1的二次曲线连接。

点在圆弧/>上，给定圆弧/>对应的角度/>，可以确定/>点坐标为：

生成圆弧，将/>用凸起因子为f2的二次曲线连接。至此，底部截面曲线完成。

步骤四：点之后到/>点的截面曲面，采用桥接曲面的连接方式。由步骤一、步骤三可以得到圆弧/>、轮廓/>，采用桥接曲面连接方式，完成该处截面曲面的设计。采用曲面填充方式，顺次选择步骤三得到的曲线/>、曲线/>、曲线/>、曲线/>和曲线，完成飞行器尾部截面/>的填充。

步骤五：如附图4~图7所示，完成飞行器部分的曲面连接，将步骤一、步骤四所得曲面关于平面对称，得到飞行器的所有曲面。采用接合方式，将所有曲面合并为一个模型。至此，飞行器设计完成。

步骤六：完成发动机的轮廓线，如图8和图9所示，自至/>处生成同轴的补能发动机圆柱体装填空间，其半径为/>，自处开始根据给定的发动机型号设计安装发动机喷管外形，至此完成整个方案设计。

本发明具有如下的优点和积极效果：首先飞行器为扁平化菱形边条翼特征的升力体外形，能够提供滑翔飞行器的高升阻比，同时截面近似于菱形可以提供较大的装填空间用于弹药及发动机的装填，发动机喷管放置于飞行器尾部，有利于高速飞行下的防热设计，并且能够通过补能增加飞行器的飞行速度和高度，使得飞行器在滑翔飞行器的基础上进行弹跳，进一步提高航程和机动性。

实施例2

本实施例依照实施例1的构建方法，具体化的构建动力补能弹跳滑翔式升力体。

给定飞行器头部半径，头部球面切角/>约束条件。/>点为坐标原点，坐标为/>。头部半径圆心在轴上，圆心坐标/>。根据约束条件，可得/>点坐标/>，由此/>段用半径为/>的圆弧连接，得到圆弧/>。得到曲线如附图1所示，可以得到每一个/>处对应的宽度约束/>。将圆弧/>绕/>轴旋转180°，得到半球面。

给定飞行器的设备及载荷装填长度，根据头部球面切角/>，计算处半径约束/>，给定发动机燃料装填体积约束/>，计算得到发动机燃料装药长度/>，计算飞行器总长/>。根据飞行器长度及步骤一头部球面切角/>，给出点/>的坐标为/>，给出/>点坐标，得到/>平面长度处轮廓线高度方向限高顶点/>和点/>，如附图2所示。

生成飞行器处的底部截面，如附图3所示：底部截面曲线关于/>平面对称，故，仅需设计二分之一底部截面曲线（轮廓/>）。由步骤二可得/>点坐标，给定翼面展长/>，可得/>点坐标为/>；/>点坐标为。取圆弧/>的半径/>，给定圆弧对应的角度/>，可以确定/>点坐标为/>。给定圆弧/>的半径/>和圆弧对应的角度，可以确定/>点坐标为/>。将用凸起因子为f1=0.75的二次曲线连接。点/>在圆弧/>上，圆弧/>对应的角度/>，可以确定/>点坐标为/>，生成圆弧/>，将/>用凸起因子为f2=0.5的二次曲线连接。至此，底部截面曲线完成。

点之后到/>点的截面曲面，采用桥接曲面的连接方式。由步骤一、步骤三可以得到圆弧/>、轮廓/>，采用桥接曲面连接方式，完成该处截面曲面的设计。采用曲面填充方式，顺次选择步骤三得到的曲线/>、曲线/>、曲线/>和曲线/>，完成飞行器尾部截面/>的填充。

如附图4~图7所示，完成飞行器部分的曲面连接，将步骤一、步骤四所得曲面关于平面对称，得到飞行器的所有曲面。采用接合方式，将所有曲面合并为一个模型。至此，飞行器设计完成。

步骤六：完成发动机的轮廓线，自至/>处生成同轴的补能发动机圆柱体装填空间，其半径为/>，自/>处开始根据给定的发动机型号设计安装发动机喷管外形，至此完成整个方案设计。

完成截面设计后，根据步骤一，生成/>点之前的曲面设计；根据步骤四，生成点之后的截面曲面；根据步骤六完成发动机的曲面设计，生成飞行器最终外形。附图8~图9给出了最终由这些截面组成的飞行器外形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：设计飞行器的头部区域轮廓线；

步骤二：设计预定平面飞行器预设长度处轮廓线高度方向限高顶点；

步骤三：设计飞行器预设长度处的底部截面；

步骤四：根据步骤一、步骤三中得到的轮廓线和底部截面，连接得到该处截面曲面；并进行填充；

步骤五：根据步骤一、步骤四所得曲面关于指定平面对称，得到飞行器的所有曲面；采用接合方式，将所有曲面合并为一个模型，完成飞行器设计；

步骤六：在飞行器中设计发动机的轮廓线。

2.如权利要求1所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：在步骤一中，包括子步骤：给定飞行器头部半径，考虑装填的要求给定头部球面切角/>约束条件；根据约束条件确定飞行器的头部部分。

3.如权利要求2所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：其具体为，头部上表面轮廓线为头部半径为的圆弧，圆弧段对应角度为/>，与线段以切角/>相切，/>点为坐标原点，/>点为圆弧段结束点，根据头部半径/>和圆弧角度，计算得到点/>坐标；

由此根据、/>点坐标可以得到以为/>圆心，以/>为半径的圆弧/>，将圆弧绕x轴进行旋转即可生成飞行器的头部模型。

4.如权利要求1~3任一所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：在步骤二中，包括子步骤：给定飞行器的设备及载荷装填长度，根据头部球面切角/>，计算/>处内径约束/>，给定发动机燃料装填体积约束/>，计算得到发动机燃料装药长度/>，计算飞行器总长/>；根据飞行器长度/>及步骤一头部球面切角/>，给出点的坐标和点/>坐标：得到/>平面长度/>处轮廓线高度方向限高顶点/>和点/>。

5.如权利要求1~3任一所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：

在步骤三中，包括子步骤：底部截面曲线关于平面对称，由步骤二可得/>点坐标，给定翼面展长/>，得到点/>坐标为和/>点坐标为：取圆弧/>的半径，给定圆弧对应的角度/>，确定/>点坐标为：给定圆弧/>的半径/>和圆弧对应的角度/>，确定/>点坐标；将/>用凸起因子为f1的二次曲线连接；

点在圆弧/>上，给定圆弧/>对应的角度/>，确定/>点坐标为：生成圆弧/>，将用凸起因子为f2的二次曲线连接，底部截面曲线完成。

6.如权利要求1~3任一所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：在步骤四中，包括子步骤：由步骤一、步骤三可以得到圆弧、轮廓/>，采用桥接曲面连接方式，完成该处截面曲面的设计；采用曲面填充方式，顺次选择步骤三得到的曲线/>、曲线/>、曲线/>、曲线/>和曲线/>，完成飞行器尾部截面/>的填充。

7.如权利要求1~3任一所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：在步骤六中，包括子步骤：自至/>处生成同轴的补能发动机圆柱体装填空间，其半径为/>，自处开始根据给定的发动机型号设计安装发动机喷管外形。

8.如权利要求5所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：凸起因子 f1=0.75，凸起因子 f2=0.5。

9.如权利要求4所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：在步骤二中，点坐标为：

。

10.如权利要求5所述的一种动力补能弹跳滑翔式升力体气动布局的构建方法，其特征在于：在步骤三中，坐标为：/>；/>点坐标为：；圆弧/>的半径；/>点坐标为：/>；/>点坐标为：/>；/>点坐标为：。