一种减小再入飞行器侧向气动非线性的布局优化方法

陈 功，唐志共，*，邓 晨，王文正

(1. 国防科技大学 空天科学学院，长沙 410073；2. 中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000)

0 引 言

升力式再入飞行器由于具有可重复使用、短时多次空天往返、任务载荷灵活、可实现水平着陆等优点，必将成为人类未来构建空天一体能力的重要平台。但与航空飞行器不同的是，升力式再入飞行器再入飞行速域大、飞行高度变化剧烈、飞行环境复杂，导致气动特性变化极大[1]。为满足采用单一布局形式的再入飞行器在整个再入阶段的飞行需求，必须对飞行器的气动布局进行精细优化，以满足不同飞行阶段的控制要求。实际中考虑到再入过程中的防热、容积率和配平等约束，升力式再入飞行器通常采用大钝头体、厚翼型和小展弦比的升力体布局。这种布局形式极易导致侧向气动力在跨声速段出现非常强烈的非线性特性[2]，给飞行控制系统设计带来困难，严重影响再入飞行器的水平起降能力和飞行安全[3]。为解决这一问题，早在HL-20[4]研制过程中，气动工程师就采用了扭转体襟翼来消除舵面偏转对飞行器侧向气动特性的不利干扰。Lee[5]和Chaudhary[6]等在研究X-33和X-37两种飞行器的侧向非线性动力学特性的基础上，采用Weissman判据分析了飞行器的侧向稳定性。日本Jeong等[7]通过研究HYFLEX[8]飞行器布局参数改变引起的飞行器稳定性和操纵性的变化，分析了再入飞行器布局参数对控制性能的敏感性。国内唐伟[9-10]、周军[11]、王颖[12]等在分析高超声速飞行器布局参数变化对飞行器侧向气动特性影响的基础上，提出了减小侧向非线性的布局改进和减小操纵耦合的建议。……