再入滑翔式飞行器弹道特征与乘波构型设计

２００８年第３期 导弹与航天运载技术 Ｎｏ．３ ２００８ 总第２９５期 ＭＩＳＳＩＬＥ ＡＮＤ ＳＰＡＣＥ ＶＥＨＣＩＬＥ Ｓｕｍ Ｎｏ．２９５ 文章编号：１００４－７１８２（２００８）０３－０００６舶 再入滑翔式飞行器弹道特征与乘波构型设计 许少华，侯中喜，葛爱学，陈小庆 （国防科技大学航天与材料工程学院，长沙，４１００７３） 摘要：再入滑翔式飞行器是一种新型的远程快速精确投送工具．研究了滑翔式飞行器与常规再入飞行器的弹道特征；分 析了速度倾角和升阻比对射程，高度和飞行时间的影响；建立了滑翔式飞行器对高升阻比的设计需求；采用改进的遗传算法 开展了锥导乘波构型的多目标优化设计研究；并通过数值模拟和风洞实验分析了优化外形的气动性能．研究表明，高升阻比 是滑翔式飞行器实现远程、快速、精确打击和机动能力的重要决定因素，乘波构型是实现高升阻比气动布局的有效手段；考 虑到实际应用，需要综合升阻比、容积率和客积等要求进行多目标优化设计．数值模拟和风洞实验表明优化设计外形具有较 好气动性能． 关键词：滑翔弹道；乘波构型；优化设计；．气动性能 中图分类号：Ｖ２１１．５ 文献标识码：Ａ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｇｌｉｄｉｎｇ Ｒｅｅｎｔｒｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗａｖｅｒｉｄｅｒ Ｘｕ Ｓｈａｏｈｕａ，Ｈｏｕ Ｚｈｏｎｇｘｉ，Ｇｅ Ａｉｘｕｅ，Ｃｈｅｎ Ｘｉａｏｑｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｖｅｒｉｄｅｒ ｇｌｉｄｉｎｇ ｒｅｅｎｔｒｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｓ ａｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｔａｃｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｒａｔａｇｅｍ ｄｅｔｅｒｒｉｎｇ ｍｅａｎｓ ａｓ ｉｔ ｈａｓ ｎｏｔａｂｌｅ ｌｏｎｇ—ｄｉｓｔａｎｃｅ ｓｕｉｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｒｅｅｎｔｒｙ ａｉｒｃｒａｆｔｇｌｉｄｉｎｇ ａｉｒｃｒａｆｔ Ｃａｌｌ ｆｏｒｍ ｐｅｃｕｌｉａｒ ｇｌｉｄｅ／ｌｅａｐ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｗｈｏｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｌｉｆｔ－ｄｒａｇ ｒａｔｉｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒ．Ａ ｈｉｇｈ ｌｉｆｔ－ｄｒａｇ ｒａｔｉｏ ｉｓ ａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃ ｇｌｉｄｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｓｗｉｒｌ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｅ ｓｔｒｉｋｉｎｇ ａｎｄ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｂｉｌｉｔｙ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｄｅｍａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｈｉｇｈ ｌｉｆｔ－ｄｒａｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃ ｇｉｌｄｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｅ—ｄｅｒｉｖｅｄ ｗａｖｅｒｉｄｅｒ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔＯ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｈａｐｅ．Ｉｔ Ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｓｈａｐｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇＩｌ ｌｉｆｔ－ｄｒａｇ ｒａｔｉｏ ｉｓ ａｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｆｏｒ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｇｉｌｄｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｗａｖｅｒｉｄｅｒ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈ ｌｉｆｔ－ｄｒａｇ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｓｈａｐｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎ，ａｓ ｗｅｌｌ勰ｔｈｅ ｌｉｆｔ－ｄｒａｇ ｒａｔｉｏ。ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ，ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｆｉｔｈｒａ Ｃａｎ ｆｕｌｆｉｌｌ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｄｅｍａｎｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｈａｐｅ ｈａｓ ａｂｅｔｔｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ａｇｒｅｅｓ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｇｉｖｅｓ ａｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔＯ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｇｌｉｄｉｎｇ ｒｅｅｎｔｒｙ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｇｌｉｄｉｎｇ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；Ｗａｖｅｒｉｄｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ；Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｏ引 言高超声速再入滑翔式飞行器具有远程快速到达、 高速精确投送、大范围区域覆盖、纵，横向机动性好等 优点。与传统再入飞行器相比，再入滑翔式飞行器充 分利用其高升阻比的气动外形在临近空间内飞行，多 采用滑翔和跳跃的组合弹道，不但能够增加飞行时间， 提高射程，而且还能有效地降低壁面热流 。 依据气动特征，可将再入飞行器分为３类：弹道 收稿日期：２００８－０３．１０ 基金项目：国家自然科学基金项目（１０３０２０３１）资助 作者简介：许少华（１９６３．），男，博士研究生。主要从事飞行器设计研究 式、弹道．升力式和升力式。? 弹道式和弹道．升力式再入飞行器升阻比较小，常 在Ｉ．５以下，再入过程中其升力较小，再入后弹道陡峭， 飞行时间短。气动外形一般不复杂，常做成简单的旋 成组合体。再入飞行器的机动能力有限，多采用推力 矢量调节，受能量影响仅能完成有限的几次弹道调整。 升力式再入飞行器升阻比一般大于２，飞行器多采 用升力体构型。再入后依靠高升力在大气层内做较长
万方数据