有翼高超声速再入飞行器气动设计难点问题

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252015V01．36No．149．57ISSN1000．6893ON11，1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．educnDOI：10．7527／$1000—6893．2014．0227有翼高超声速再入飞行器气动设计难点问题杨勇*，张辉，郑宏涛中国运载火箭技术研究院，北京100076摘要：有翼高超声速再入飞行器是近年来的研究热点，气动设计是飞行器设计的关键。为了更清楚地认识有翼高超声速再入飞行器气动设计的

2、难点问题，对有翼高超声速再入飞行器的发展、优势及总体任务剖面进行了介绍，从5个方面详细介绍了该类飞行器气动设计的难点问题，包括多约束复杂面对称气动布局设计、高温真实气体效应对气动特性影响、天地差异与天地换算方法、反作用控制系统(RCS)喷流干扰对气动特性的影响以及气动数据不确定度等，简要阐明了这些难点问题对总体设计的重要性以及初步的解决思路，为有翼高超声速再入飞行器气动设计提供了一些参考。关键词：有翼再入；高超声速；气动设计；真实气体效应；RCS喷流干扰；天地换算；气动数据不确定度中图分类号：V211．4；V212。1文献标识码：A

3、文章编号：1000—6893(2015)01—0049—09随着Et益频繁的空间应用和空间探索活动，人类不仅需要将大量的有效载荷送入空间轨道或在轨道间进行转移运输，而且轨道返回运输的需求也越来越多，发展廉价、快速、机动和可靠的天地往返运输系统，满足各种航天运输任务的应用需求日趋迫切。有翼高超声速再入飞行器具有较大的气动升阻比、强大的气动舵面操控能力和横向机动能力、较好的再入飞行热、力学环境条件和可重复使用能力，能够像飞机一样穿越大气层，并水平着陆在跑道上。与飞船等再入飞行器相比，有翼高超声速再入飞行器具有更多的优势，已成为各航天大国

4、研究的热点和天地往返运输系统的主要发展趋势。继航天飞机之后，美国开展了X-33u。2J、)(-34L3。4j、X-37E5‘61等一系列计划，尤其是X-37计划，历时十多年，目前已经完成2次轨道飞行试验，第3次目前仍在轨运行。此外美国还在开展“追梦者”号小型航天飞机口。83和XS一1重复使用亚轨道飞行器等有翼高超声速再入飞行器研究。在欧洲，英国开展了单级入轨的SKYLONf-9。∞]计划，意大利开展了无人航天飞行器USv[11。123计划，欧洲航天局在未来运载器准备计划FLPP的基础上进行调整，开展过渡性试验飞行器IXVtl33计划

5、，俄罗斯继暴风雪航天飞机后开展了多用途航空航天系统MAKSEl41计划。传统的以弹头和飞船为代表的高超声速再入飞行器气动外形基本上采用简单的旋成体形式，基本上没有气动操纵面，采用弹道式或半弹道式再入。有翼高超声速再入飞行器不仅气动布局形式复杂，控制舵面多，飞行弹道也采用升力式模式，气动设计的复杂程度和难度都非常大，出现了一系列新的气动难点问题。1有翼高超声速再人飞行器再人特点有翼高超声速再入飞行器具有较大的气动升收稿日期：2014-07—25；退修日期：2014—09-16；录用日期：2014-09—20；网络出版时间：2014—0

6、9·2610：34网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／S1000-6893．2014．0227html基金项目：国防基础科研项目(JCKY2013601B)*通讯作者．Tel．：010-68384542E-mail：yangy86111@126．com}

7、髂格武lYangY．ZhangH．ZhengH71Difficultiesinaerodynamicdesignproblemsofthewingedhypersonicreentryvehicle[∞．ActaAeronauticaet

8、AstronauticaSinica．2015．36(1)：49-57．杨勇．张辉．部宏涛?衣翼高趣声速再入飞行器气动设诗难藏藏题￡JI．航空学投，2015，36(I)：49—57．航空学报Jan．252015V01．36No．1阻比，航天飞机、X一38和X-33等高超声速大攻角下的升阻比大于1．0，低速小攻角下的升阻比在5．0左右，因此在完成在轨任务后，通常采用无动力升力式再入返回。无动力再入飞行轨道通常分为初期再入段、能量管理段和进场着陆段，每个阶段的轨道设计都要受到多种约束条件的限制口5

9、。1)初期再入段。高度为25～120k

10、m，马赫数范围为2．5～30，主要约束条件为气动加热、飞行过载、动压和平衡滑翔(最大航程)。2)能量管理段。高度为3～25km，马赫数范围为0．5～2．5，主要约束条件为剩余能量和待飞距离。3)进场着陆段。高度为3km、马赫数在0．5