论文部分内容阅读
[摘 要]超声速无人飞行器具有重要的研究价值。本文对鸭式布局超声速无人飞行器的设计进行了研究，综合分析了其气动性能、重量、费用等相关设计因素，提出了一种新的设计思路。本文结论对鸭式布局超声速无人飞行器的研制具有一定的参考价值。
[关键词]鸭式布局，超声速，飞行器设计
中图分类号：V475.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0336-01
1.引言
无人飞行器多用来完成侦察、摄像任务。上世纪80年代后，无人飞行器开始在军事领域得到广泛应用。随着现代科技的飞速发展，军用无人机得到了长足的发展，应用领域更加广，逐渐得到各国的重视。新型无人飞行器开始发挥侦察、信息干扰、靶标等作用[1][2]。如今，航空航天已进入超声速时期，然而，无人飞行器多数还处于亚声速阶段[3]，超声速无人飞行器的研究起步较晚。本文要求无人飞行器任务载荷不小于600kg，最大飞行速度可达到1.4Ma，机身长10m，最大半径0.5m，采用鸭式气动布局、涡轮喷气动机。
2.气动设计
2.1 气动外形
首先要确定飞行器的气动布局形式[4]，并对翼型进行选择[5]和尺寸确定，完成总体构型设计。鸭式布局是一种基本的气动布局形式，鸭翼在前、机翼在后，相对简单，适合本论文的研究。本文采用的是NACA0006-64标准翼型，该翼型厚度较小，能够减小超声速飞行时的波阻[6]它的零升波阻表达式为。进气道采用S型正激波进气道，位与机腹处，能有效减小RCS。本文用CATIA软件进行建模，如图1所示。
2.2 气动计算
当空气密度、粘性系数，Ma=1.4，参考面积，参考长度 C=3.0m，雷诺数。利用Fluent软件计算得到压力系数分布云图，如图2所示。压力随着迎角的增大而增大，分布符合实际，机翼表面出现了比较明显的激波结构。鸭式布局鸭面产生向上的升力，当迎角增大，力矩会变小，可能提前发生失速，失速迎角大约在32°附近，升力增长较为平缓，最大升力系数约为1.48。因为鸭式布局机翼后掠角较大，零升阻力系数较高，零升阻力特性较好，最大升阻比为3.4。
3.重量分析
起飞重量，、、分别为载荷重量、油料重量[7]、飞行器重量。主要由结构、动力系统、其他器件组成。超声速无人飞行器采用“火箭助推+零长发射”起飞方式，，其中为重量系数。单位剩余功率，表示飞行器的加速以及爬升能力。鸭式布局虽然起飞重量大，但它的阻力小，所以单位剩余功率得到提高。
4.费用分析
飞行器的设计方案，在很大程度上取决于其成本费用[8]。工程法、参数法以及类比法是常用的估算方法。对于不同的项目，已知的信息不一样，需要考虑的方面也有区别，所以采用的方法也不是固定的。因为类比项目比较少，最后一种方法不适用与超声速飞行器。估算过程中，要考虑研制、工艺、材料、生产数量、人工等众多因素，可以将这些因素乘以相应的系数以费用表示。
5.结论
超声速无人飞行器具有重要的研究价值。本文对鸭式布局超声速无人飞行器的设计进行了研究，综合分析了其气动性能、重量、费用等相关设计因素，提出了一种新的设计思路。鸭式布局超声速飞行器机动性能较好，各项性能均平稳，突防能力较强，建议用于低空区域，也可用来追踪侦察。但其巡航能力不强，较大的载油系数大大提升了其起飞重量，增大了翼载，在一定程度上降低了机动性能。本文结论对鸭式布局超声速无人飞行器的研制具有一定的参考价值。超声速无人飞行器设计庞大而复杂，要想在工程中实现，还有很大的距离。结构等都需要进一步优化。
参考文献
[1] Paul G.Fahlstrom， ThoMs J.Gleason 著，吴汉平等译，无人机系统导论（第二版）.北京，电子工业出版社，2003.9.
[2] Arthur Reed， Unmanned Aircraft， London， Brassey’s Publishers Limited， 1979.
[3]赵煦，大型无人机系列的研制与发展，中国工程科学，第五卷第一期，2003.1，38-41.
[4]余雄庆，徐惠民，昂海松编，飞机总体设计，航空工业出版社，2000.
[5]李為吉主编，飞机总体设计，西北工业大学出版社，2004.12.
[6] David Lednicer， The Incomplete Guide to Airfoil Usage， Analytical Mathods， Inc.2001.
[7]孙跃，超音速多用途无人机总体方案设计与研究，硕士论文，南京航空航天大学，2007
[8] Daniel P.Raymer， Aircraft Design：A Conceptual Approach（Third Edition）， AIAA Education Series， American institute of Aeronautics and Astronautics.Inc，1999.
作者简介：赵慧，男，（1986.4-），河南安阳人，92419部队助理工程师，硕士学历，研究方向：计算流体力学（中国人民解放军92419部队？辽宁兴城？125106）
[关键词]鸭式布局，超声速，飞行器设计
中图分类号：V475.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0336-01
1.引言
无人飞行器多用来完成侦察、摄像任务。上世纪80年代后，无人飞行器开始在军事领域得到广泛应用。随着现代科技的飞速发展，军用无人机得到了长足的发展，应用领域更加广，逐渐得到各国的重视。新型无人飞行器开始发挥侦察、信息干扰、靶标等作用[1][2]。如今，航空航天已进入超声速时期，然而，无人飞行器多数还处于亚声速阶段[3]，超声速无人飞行器的研究起步较晚。本文要求无人飞行器任务载荷不小于600kg，最大飞行速度可达到1.4Ma，机身长10m，最大半径0.5m，采用鸭式气动布局、涡轮喷气动机。
2.气动设计
2.1 气动外形
首先要确定飞行器的气动布局形式[4]，并对翼型进行选择[5]和尺寸确定，完成总体构型设计。鸭式布局是一种基本的气动布局形式，鸭翼在前、机翼在后，相对简单，适合本论文的研究。本文采用的是NACA0006-64标准翼型，该翼型厚度较小，能够减小超声速飞行时的波阻[6]它的零升波阻表达式为。进气道采用S型正激波进气道，位与机腹处，能有效减小RCS。本文用CATIA软件进行建模，如图1所示。
2.2 气动计算
当空气密度、粘性系数，Ma=1.4，参考面积，参考长度 C=3.0m，雷诺数。利用Fluent软件计算得到压力系数分布云图，如图2所示。压力随着迎角的增大而增大，分布符合实际，机翼表面出现了比较明显的激波结构。鸭式布局鸭面产生向上的升力，当迎角增大，力矩会变小，可能提前发生失速，失速迎角大约在32°附近，升力增长较为平缓，最大升力系数约为1.48。因为鸭式布局机翼后掠角较大，零升阻力系数较高，零升阻力特性较好，最大升阻比为3.4。
3.重量分析
起飞重量，、、分别为载荷重量、油料重量[7]、飞行器重量。主要由结构、动力系统、其他器件组成。超声速无人飞行器采用“火箭助推+零长发射”起飞方式，，其中为重量系数。单位剩余功率，表示飞行器的加速以及爬升能力。鸭式布局虽然起飞重量大，但它的阻力小，所以单位剩余功率得到提高。
4.费用分析
飞行器的设计方案，在很大程度上取决于其成本费用[8]。工程法、参数法以及类比法是常用的估算方法。对于不同的项目，已知的信息不一样，需要考虑的方面也有区别，所以采用的方法也不是固定的。因为类比项目比较少，最后一种方法不适用与超声速飞行器。估算过程中，要考虑研制、工艺、材料、生产数量、人工等众多因素，可以将这些因素乘以相应的系数以费用表示。
5.结论
超声速无人飞行器具有重要的研究价值。本文对鸭式布局超声速无人飞行器的设计进行了研究，综合分析了其气动性能、重量、费用等相关设计因素，提出了一种新的设计思路。鸭式布局超声速飞行器机动性能较好，各项性能均平稳，突防能力较强，建议用于低空区域，也可用来追踪侦察。但其巡航能力不强，较大的载油系数大大提升了其起飞重量，增大了翼载，在一定程度上降低了机动性能。本文结论对鸭式布局超声速无人飞行器的研制具有一定的参考价值。超声速无人飞行器设计庞大而复杂，要想在工程中实现，还有很大的距离。结构等都需要进一步优化。
参考文献
[1] Paul G.Fahlstrom， ThoMs J.Gleason 著，吴汉平等译，无人机系统导论（第二版）.北京，电子工业出版社，2003.9.
[2] Arthur Reed， Unmanned Aircraft， London， Brassey’s Publishers Limited， 1979.
[3]赵煦，大型无人机系列的研制与发展，中国工程科学，第五卷第一期，2003.1，38-41.
[4]余雄庆，徐惠民，昂海松编，飞机总体设计，航空工业出版社，2000.
[5]李為吉主编，飞机总体设计，西北工业大学出版社，2004.12.
[6] David Lednicer， The Incomplete Guide to Airfoil Usage， Analytical Mathods， Inc.2001.
[7]孙跃，超音速多用途无人机总体方案设计与研究，硕士论文，南京航空航天大学，2007
[8] Daniel P.Raymer， Aircraft Design：A Conceptual Approach（Third Edition）， AIAA Education Series， American institute of Aeronautics and Astronautics.Inc，1999.
作者简介：赵慧，男，（1986.4-），河南安阳人，92419部队助理工程师，硕士学历，研究方向：计算流体力学（中国人民解放军92419部队？辽宁兴城？125106）