关键词:
高超声速
变头锥
GoCart
数值模拟
高机动性
摘要:
本研究深入探讨了高超声速飞行器变头锥设计原理及其气动性能,提出了一种新颖的多级变头锥设计方法。该方法基于一级变头锥设计,各级头锥的尺寸参数与造型保持不变。通过GoCart软件的数值模拟,详细分析了一至五级变头锥在15°偏转角和0°至10°攻角下的气动性能。研究结果显示:与舵相比,多级变头锥在升阻比上最高提升了4.53%,在俯仰力矩上优化了12.80%,显著增强了飞行器的稳定性和高机动性,实现了变头锥对舵的取代,在飞行中可以通过头锥的变形去完成舵所能表现的性能。具体而言,五级变头锥相较于一级变头锥,升阻比提升了33.30%,阻力降低了20.80%,而一级变头锥的投影面积相对变化量较五级多了0.10%。同时,随着变头锥级数的增加,较小变形量即可实现较大的头锥角度变动,而且升阻比增加,阻力相应减少。五级变头锥与三级在升阻比上的差距仅为3.06%,综合考虑升阻比的衰减、力矩系数的增益、结构复杂度及工程实践需求后,本研究最终确定三级变头锥为最佳设计方案。