【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高超声速飞行器设计领域，特别涉及一种折叠舵设计方法及结构。
技术介绍
1、折叠舵作为飞行控制的关键部件，在高超声速的飞行过程中承受着极其严酷的气动力和气动热，如何通过优化折叠舵结构设计方案、减轻舵面重量、维持良好的气动外形和减小阻力是高超声速折叠舵领域要解决的关键问题。
2、申请公布号为cn113720217a的专利公布了一种应用于高超声速飞行的隔热折叠舵，该折叠舵采用烧蚀型防隔热方案，此类型折叠舵依靠烧蚀带走热量，从而起到防隔热方作用，但该类型折叠舵受复材生产工艺限制，前缘曲率半径较大，通常半径在7mm以上；受靠烧蚀带走热量的防隔热方案的限制，舵面通常较厚，是减阻目标向热防护的妥协，该折叠舵方案气动设计不是最优解，无法适应高超声速飞行器的发展趋势，并且该种烧蚀型折叠舵的前缘在超高声速飞行情况下会出现严重烧蚀，从而增加了飞行器气动阻力。
3、申请公布号为cn1133022842a的专利公布了一种耐高温高承载可折叠空气舵，该空气舵也采用烧蚀型防隔热方案，为了实现舵面可折叠，舵面外形有有一处较大鼓包凸起，鼓包位置在单侧，会增加飞行器在高超声速飞行过程的气动阻力。
4、申请公布号为cn108995792a的专利公布了一种复合材料结构的空气舵，该空气舵前缘采用碳纤维增强碳基或陶瓷基复合材料，通过高温钎焊的连接方式与铌合金过度条连接，过渡条和舵面本体通过焊接或铆钉连接。该类型空气舵结构连接形式复杂，采用的焊接连接方式存在可靠性风险；同时涉及材料种类较多，在高温下由于各材料线膨胀系数的不一致
5、综上所述，现有技术下为了适应高超声速下的飞行问题，通常采用烧蚀性隔热方案，烧蚀性方案会导致前缘变大，气动性能较差，这种方案导致折叠舵的气动性能不是最优解，并且在高超声飞行中因为烧蚀层的严重烧蚀，导致飞行器气动阻力增加。
技术实现思路
1、为了提升高超声速下折叠舵的气动性能，本专利技术提供一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法及结构。
2、一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法包括如下步骤：
3、step1：采用简化的后掠圆柱驻点热流计算舵面前缘热流；
4、根据后掠圆柱驻点热流计算公式得到舵面前缘热流，对前缘曲率半径和前缘后掠角参数有：
5、
6、其中：
7、为等半径的球形端头驻点热流；
8、qs为舵面前缘热流，单位为kw/m2；
9、rc为前缘曲率半径，单位为m；
10、μ∞为自由来流处粘性系数，单位为kg/m.s，由sutherland公式计算；
11、其中t∞为来流温度，根据弹道热环境直接获得；
12、λ为前缘后掠角；
13、为湍流放大因子和层流加热放大因子之比，
14、tw为舵表面温度，tw默认值为300k；
15、hs为滞止焓，hw为壁面气体焓值，h300为室温300k下的焓值，因此hw＝h300，此时
16、
17、以空气密度ρ∞、飞行速度v∞、前缘曲率半径rc、前缘后掠角λ为输入参数，得到等半径的球形端头驻点热流qd；按照简化的后掠圆柱驻点热流计算公式得到前缘热流qs；
18、前缘曲率半径rc的一组取值为：的初始值为2mm；
19、前缘后掠角λ：ω，ω+5°、ω+10°，ω+15°，ω的初始值为45°；
20、根据3个前缘曲率半径rc和4个前缘后掠角λ的输入组合，得到12组热流条件；
21、step2：根据step1获得的12组热流条件，选取折叠舵前缘展向中截面作为传热计算简化模型，将前缘三维热响应温度计算简化为二维瞬态传热计算：
22、
23、边界条件为前缘外表面的热量交换，热量交换包括气动加热、热辐射以及向前缘结构内部的热传导：
24、
25、除与气流存在热量交换的表面外均按理想绝热壁计算：
26、
27、式中，ρ为材料密度，cp为材料定压比热容，k为材料热传导系数，t为前缘驻点表温，x为空气舵展向坐标，y为空气舵厚度方向坐标，qw为气动热环境计算提供的随飞行时间变化的冷壁热流密度，hw为壁面气体焓值，hr为气流恢复焓，ε为涂层材料热辐射系数，σ＝5.6704×10-8w/m2k4为stephan-boltzmann常数，tw为舵表面温度；计算获得导弹飞行全程折叠舵前缘驻点表温；
28、step3：将step2计算得到的多组前缘驻点表温与前缘材料的许用温度进行对比分析，若计算得到的多组前缘驻点表温均小于前缘材料的许用温度，则选择最小的前缘曲率半径作为最终设计结果，本次迭代结束；若计算得到的多组前缘驻点表温部分结果小于前缘材料的许用温度，计算得到的多组前缘驻点表温部分结果大于前缘材料的许用温度，则在前缘驻点表温部分结果小于前缘材料的许用温度的结果中选择最小的前缘曲率半径作为最终设计结果，本次迭代结束；若计算得到的前缘驻点表温均高于或等于前缘材料许用温度，则改变前缘曲率半径前缘曲率半径增加1mm，跳转至step1，将改变后的前缘曲率半径值按照step1、step2重新计算分析，直到前缘驻点表温满足前缘材料的许用温度。
29、本专利技术还提供一种应用低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法的折叠尾舵，折叠尾舵包括定舵、动舵面、前缘和展开锁紧机构；定舵包括定舵面和舵轴；定舵通过舵轴与弹身固定连接；动舵面翼根弦向中间位置设置凹槽，凹槽与定舵面配合限位；所述展开锁紧机构包括转轴、定舵面上的通孔、动舵面凹槽侧壁上的盲孔，销孔以及定位销；定舵面上的通孔为弦向设置；通孔内设置转轴；转轴的两端分别设置在动舵面凹槽侧壁的盲孔内；所述盲孔设置为两个；盲孔分别设置在动舵面凹槽靠近前缘的侧壁和动舵面凹槽靠近后缘的侧壁上；转轴与定舵面上的通孔为间隙配合；转轴与动舵面凹槽内的盲孔为过盈配合；所述销孔设置在动舵面凹槽靠近前缘的侧壁上；销孔为平行于弦向的盲孔；销孔内设置弹簧和定位销；动舵面张开到位后，弹簧推动定位销插入设置在定舵与销孔同轴的的盲孔中；所述前缘与动舵面固定连接。
30、所述动舵面和定舵面外表面设置外防热涂层。
31、所述动舵的主体结构为蒙皮骨架结构。
32、所述蒙皮骨架结构的材料为高温合金材料。
33、所述外防热涂层材料为氧化锆涂层。
34、所述前缘材料为钼合金或铌钨合金。
35、所述前缘材料为钼合金时的前缘曲率半径为3mm。
36、本专利技术的有以下有益效果：
37、(1)本专利技术提供一种快速迭代高超声速折叠舵前缘几何参数并进行材料筛选的设计思路，相较于传统设计方法，能够快速迭代出最小前缘曲率半径，最大化提高折叠舵的气动性能，并在材料库中快速筛选出满足使用要求的前缘材料；
38、(2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
6.一种应用根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法的折叠尾舵结构，其特征在于：折叠尾舵包括定舵、动舵面、前缘和展开锁紧机构；定舵包括定舵面和舵轴；定舵通过舵轴与弹身固定连接；动舵面翼根弦向中间位置设置凹槽，凹槽与定舵面配合限位；所述展开锁紧机构包括转轴、定舵面上的通孔、动舵面凹槽侧壁上的盲孔，销孔以及定位销；定舵面上的通孔为弦向设置；通孔内设置转轴；转轴的两端分别设置在动舵面凹槽侧壁的盲孔内；所述盲孔设置为两个；盲孔分别设置在动舵面凹槽靠近前缘的侧壁和动舵面凹槽靠近后缘的侧壁上；转轴与定舵面上的通孔为间隙配合；转轴与动舵面凹
7.根据权利要求6所述的折叠尾舵结构，其特征在于：所述动舵面和定舵面外表面设置外防热涂层；所述外防热涂层材料为氧化锆。
8.根据权利要求6所述的折叠尾舵结构，其特征在于：所述动舵的主体结构为蒙皮骨架结构；所述蒙皮骨架结构的材料为高温合金材料。
9.根据权利要求6所述的折叠尾舵结构，其特征在于：所述前缘材料为钼合金或铌钨合金。
10.根据权利要求6所述的折叠尾舵结构，其特征在于：所述前缘材料为钼合金时的前缘曲率半径为3mm。
...【技术特征摘要】
1.一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法，其特征在于：
6.一种应用根据权利要求1所述的一种低阻力非烧蚀高超声速折叠舵计算方法的折叠尾舵结构，其特征在于：折叠尾舵包括定舵、动舵面、前缘和展开锁紧机构；定舵包括定舵面和舵轴；定舵通过舵轴与弹身固定连接；动舵面翼根弦向中间位置设置凹槽，凹槽与定舵面配合限位；所述展开锁紧机构包括转轴、定舵面上的通孔、动舵面凹槽侧壁上的盲孔，销孔以及定位销；定舵面上的通孔为弦向设置；通孔内设置转轴；转轴的两端分别设置在动...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘钧圣，张永励，韩琰，李学峰，杨树兴，戴存喜，马兴普，李晓鹏，陈昊，李昊，南广智，马颖超，宋宇航，靳鑫，杜天宇，杨云刚，贾智波，
申请(专利权)人：西安现代控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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