電磁助推翼段加速地面效應及穩定性分析

羅星東, 侯自豪, 李少偉, 薄靖龍, 翟茂春

(中國航天科工飛航技術研究院磁電總體部, 北京 100074)

引 言

新一代空天飛行器采用組合循環動力技術, 可水平起降與重復使用, 并可自由穿梭于低空、 臨近空間乃至近地軌道, 是未來爭奪太空經濟和軍事主動權的重要途徑。由于飛行過程須跨越亞、 跨、 超、 高超聲速, 所以需要兼顧飛行器在寬速域、 大空域下的氣動布局和組合動力效率等問題, 這對系統設計提出了極大挑戰[1]。渦波效應-乘波設計、 機翼-乘波設計和變形/組合設計是目前發展寬速域飛行器的幾種主要思路[2]。近年來, 電磁發射技術逐漸成熟, 為克服上述難題提供了另一種頗具潛力的解決方案[3]。利用電磁橇將飛行器在近地助推至超聲速, 能夠有效規避低速起飛階段, 增加系統設計冗余度。國內外已對此開展了電磁助推發射方案驗證和縮比模型試驗驗證[4]。不同于開域飛行, 地面為近地流動營造了獨特的半開放約束空間, 通常誘發以復雜激波現象為主導的跨/超聲速地面效應干擾。除空氣動力學特性外, 飛行器還處于電磁彈性力-氣動力-結構彈性力多物理場耦合環境中, 面臨著復雜的氣動彈性及穩定性問題。深入認知電磁助推加速地面效應并探索調控系統穩定性的手段是電磁發射技術開發的重要前提。

依托地效飛行器[5,6]、 航天器著陸[7,8]等研究背景, 研究人員對低亞聲速地面效應已建立起較豐富的認識[9-11]。Morrow等[12]通過研究發現, 與低亞聲速地面效應不同, 跨/超聲速地面效應更為復雜, 以激波及其反射現象為主要特征。……