类X-37B飞行器气动特性的数值研究

《类X-37B飞行器气动特性的数值研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、３６中国空间科学技术２０１４年４月ChineseSpaceScienceandTechnology第２期类X‐３７B飞行器气动特性的数值研究１２１１１蒋崇文杨加寿李克难高振勋李椿萱（１北京航空航天大学国家计算流体力学实验室，北京１００１９１）（２贵州航空发动机研究所，贵州５５００８１）摘要对类X‐３７B飞行器模型在５０km高度以下不同飞行状态下的气动特性进行了数值模拟研究，将计算结果与航天飞机和X‐３４飞行器的试验结果进行了对比分析。结果表明，高马赫数大攻角再入飞行时，类X‐３７B飞行器和航天飞机的飞行升阻比相差不大，再入飞

2、行横向机动能力相当。亚声速小攻角飞行时，类X‐３７B飞行器的升阻比大于航天飞机，小于X‐３４飞行器；说明类X‐３７B飞行器的低速机动和定点着陆能力强于航天飞机，弱于X‐３４飞行器。有翼再入飞行器气动布局差异对高超声速大攻角升阻比影响较小，对低速小攻角气动特性影响很大。关键词数值模拟；气动特性；再入返回；可重复使用飞行器DOI：１０畅３７８０／j畅issn畅１０００‐７５８X畅２０１４畅０２畅００５１引言［１］波音X‐３７可重复使用飞行器计划始于１９９９年，现由美国国防部管理；２０１０年４月２２日，一架X‐３７B飞行器执行首次

3、轨道任务，并于２０１０年１２月３日成功返回地面；２０１１年３月５日，第２架X‐３７B飞行器再次发射入轨，原计划执行２７０天在轨任务，最终在轨飞行４６９天；２０１２年１２月１１日，X‐３７B发射升空，执行第三次飞行任务。２０１１年，波音宣布了X‐３７C计划。X‐３７C尺寸［２］约为X‐３７B的１６５％～１８０％，将具备投送６名宇航员进入太空的能力。X‐３７飞行器已成为目前最先进、最经济有效的可重复使用航天运载工具。由于X‐３７B飞行器可长期在轨飞行，执行军事［３］侦查、卫星检测、投送载荷等多种任务，自其成功首飞后，就受到各航空

4、航天大国的极大关注，并再次掀起可重复使用天地往返飞行器的研究高潮。然而到目前为止，X‐３７飞行器相关计划仍处［２］［３‐５］于高度保密状态，大量文献尚未公开，仅有少量图像信息和文献资料公布。为了研究类X‐３７B飞行器气动布局及其在再入返回稠密大气不同阶段的气动特性，建立了类X‐３７B飞行器模型，对其再入返回至５０km高度以下稠密大气时不同飞行状态下的气动特性进行了数值模拟，将采用计算流体力学方法（CFD）的计算结果与航天飞机、X‐３４飞行器的试验结果进行了对比，研究其在高马赫数大攻角再入飞行和低速小攻角飞行时的升阻特性，分析

5、其再入飞行性能，以期为相关研究积累技术基础。国家高技术研究发展计划（８６３）资助项目收稿日期：２０１３‐０７‐０３。收修改稿日期：２０１３‐１０‐１９２０１４年４月中国空间科学技术３７２计算模型［２］［３‐５］参照美国已公布的X‐３７B外形图像信息和文献资料，建立了类X‐３７B飞行器模型，其长度［２］与翼展均与公布数据一致，外形与X‐３７B概念图（见图１）的相似度较高，如图２所示。X‐３７B飞行器外形采用了类似航天飞机的翼身组合气动布局，为了更有效地控制飞行器，采用了V型尾翼代替［３］航天飞机的单立尾，并增大了体襟翼的相对面

6、积。［２］［６］为了研究分析X‐３７B飞行器的气动特性，将X‐３７B飞行器与航天飞机、亚轨道可重复使［７］用飞行器X‐３４的外形几何参数进行对比，如表１所示。需要说明的是，表１中部分参数未见文献报道，其数据为图像测绘结果，标注有“约”字。其中，全机长宽比定义为全长与翼展之比，机翼面积定义为主翼（含翼根）投影面积，鼻锥相对半径定义为鼻锥最小半径与全长（含体襟翼）之比。由表１数据可知，X‐３７B飞行器全机长宽比更接近于X‐３４飞行器，比航天飞机的更大。X‐３７B［４‐５］主翼后掠角与航天飞机和X‐３４飞行器接近。图像资料显示，X

7、‐３７B飞行器没有采用类似航天飞机和X‐３４飞行器的三角型边条翼，而是采用了类似协和号（Concord）的S型前缘边条翼。X‐３７B飞行器鼻锥半径约为航天飞机的５０％，其原因可归结为防热材料技术的进步；而X‐３７B飞行器鼻锥半径约为X‐３４飞行器的２畅２５倍，则是因为X‐３７B飞行器的再入飞行马赫数更高。由于X‐３７B飞行器整体几何尺寸较小，因此其鼻锥相对半径更大，几乎达到航天飞机的２倍、X‐３４飞行器的４畅５倍。图１X‐３７B在轨飞行概念图２类X‐３７B飞行器模型Fig畅１X‐３７Bflightconceptualimag

8、inationFig畅２X‐３７B‐likevehiclemodel表１X‐３７B飞行器与航天飞机、X‐３４飞行器的外形参数对比Tab畅１ConfigurationparameterscomparisonofX‐３７B，SpaceShuttleandX‐３４参数航天飞机X‐３４X‐３７B全