類X-38升力體運(yùn)載器氣動(dòng)布局概念設(shè)計(jì)

唐 偉，馮 毅，2，寧 勇，桂業(yè)偉

(1.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心空氣動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621000;2.清華大學(xué)航天航空學(xué)院，北京 100084)

0 引言

空間站概念提出之初就產(chǎn)生了乘員返回飛行器(CRV，CrewReturnVehicle)計(jì)劃，NASA和ESA共同合作的X-38(圖1)就是CRV的一種驗(yàn)證機(jī)，既能運(yùn)送宇航員上空間站，又能用于攜載最多7名宇航員緊急撤離空間站使用。X-38充分繼承了X-23和X-24A的研究成果，而且高超聲速縱向配平性能和穩(wěn)定性能均較好、橫航穩(wěn)定性能可以接受，完全具備進(jìn)一步研發(fā)的潛力。雖然NASA已終止了X-38計(jì)劃，但進(jìn)行了大量的氣動(dòng)力/熱風(fēng)洞試驗(yàn)、計(jì)算，并利用B-52投放成功完成了無動(dòng)力滑翔返場(chǎng)試驗(yàn)［1］。

X-38采用的升力體外形源自美國(guó)空軍上世紀(jì)的X-24A計(jì)劃，相對(duì)較高的高超升阻比和容積效率是升力體飛行器的主要優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，自20世紀(jì)的50年代起，美國(guó)和前蘇聯(lián)就開始了升力體布局的研究工作，包括NASA的M1、M2布局，Langley的 HL-10，空軍的 WADDⅡ、MDF，以及鈍升力體、橢圓體加尾翼概念、變后掠翼概念、斜翼升力體概念，以及菱柱體、鈍菱柱體、變后掠菱柱體、扁豆體、彎體等布局概念［2］。尤其是由飛行動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室FDL提出的四個(gè)升力體構(gòu)型及后來演變發(fā)展的X-24，對(duì)美國(guó)的航天飛機(jī)計(jì)劃產(chǎn)生了決定性的影響。

本文參考X-38外形，利用二次曲線橫截面及模線設(shè)計(jì)方法［3］，提出了一種類X-38升力體運(yùn)載器氣動(dòng)外形，進(jìn)行了機(jī)體的優(yōu)化和控制舵的匹配設(shè)計(jì)，研究了飛行器的氣動(dòng)特性和操縱效率問題。

圖1 X-38外形Fig.1 X-38Concept

1 布局設(shè)計(jì)及優(yōu)化

X-38驗(yàn)證機(jī)的設(shè)計(jì)理念是突出其較大的高超聲速升阻比和容積，因此我們首先利用模線設(shè)計(jì)方法，根據(jù)內(nèi)部空間要求沿機(jī)身縱向確定了6個(gè)橫截面控制站位及每個(gè)站位的尺寸約束。……