一种两级气动分离式高超声速进气道整流罩的制作方法

本发明涉及飞行器进气道技术领域，具体是一种两级气动分离式高超声速进气道整流罩。

背景技术：

整流罩最早是针对火箭运输有效载荷提出的，用于防止有效载荷受到气动力、气动热以及振动等外界有害环境的影响。常见的结构为蚌壳式(两半)，由端头、前锥段、圆筒段、倒锥段和纵向及横向分离机构等组成。

对于吸气式高超声速飞行器而言，为了保证高超声速进气道正常工作，往往需要借助其他飞行平台，如挂载飞机和助推火箭等。高超声速飞行器被飞行平台送到指定的飞行高度，并使之达到指定的初始飞行速度。从零速度到指定飞行马赫数这一过程中，高超声速飞行器进气道完全暴露在高总温空气来流中，一方面增加了飞行阻力，同时也容易导致进气道、燃烧室和喷管等部件受损。

为了解决上述问题，目前已有一些现有的解决方案，例如将飞行器的进气道唇口设计成可旋转的，唇口在助推阶段闭合，防止高总温气流进入发动机内部，助推阶段结束后唇口旋开。除了旋转唇口方案，大部分吸气式高超声速飞行器都采用专门的可分离的整流罩部件，主要分为大罩方案与小罩方案两大类，其中，大罩方案采用将整个飞行器或者飞行器的头部全部罩住，体积重量较大，形状规则，多为旋成体；小罩方案则是只罩住进气道，阻止进入进气道的气流，体积重量较小，形状多为不规则构型。

上述现有技术中，旋转唇口方案需要专门作动机构，结构复杂且不能分离，从而增加巡航飞行器的结构重量。而将整个飞行器或飞行器头部包裹起来的大罩方案，整流罩的体积和结构重量均较大，助推过程中气动阻力较大。气动阻力的增加以及较大的结构重量都导致助推器规模的增加，同时整流罩的加工制造成本也较大。小罩方案需要与弹体和进气道进行一体化设计。现有的小罩方案为了保证产生足够的分离气动力和力矩，设计有较大的气动压缩面，压缩面产生的激波入射到弹体壁面会产生严重的激波/边界层干扰，增加了飞行阻力和弹体及整流罩的热防护难度。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种两级气动分离式高超声速进气道整流罩，解决了整流罩自身气动分离力需求和带罩状态减阻减重的矛盾，可以满足复杂构型三维压缩高超声速进气道整流罩的设计需求，使得整流罩设计更加灵活多样。

为实现上述目的，本发明提供一种两级气动分离式高超声速进气道整流罩，包括减阻单元与封堵单元，所述封堵单元上设有能够封堵进气道入口的封堵结构；

所述减阻单元的头部收拢于一点，所述减阻单元的尾部与所述封堵单元的头部相连，且所述减阻单元沿头部到尾部的方向逐渐增宽、增厚，所述封堵单元的尾部与进气道的底部外壁面通过第一连接结构可拆卸地固定相连；

所述减阻单元包括接触相连的一级减阻模块与二级减阻模块，所述一级减阻模块与所述二级减阻模块之间两个配合面的底部通过铰链铰接，且所述一级减阻模块、所述二级减阻模块均通过第二连接结构与飞行器的外壁面相连，所述减阻单元的头部朝向飞行器的头部且位于所述一级减阻模块上，所述减阻单元的尾部朝向飞行器的尾部且位于所述二级减阻模块上；

所述减阻单元所受的升力大于其所受的阻力，所述一级减阻模块的所受的升力小于其所受的阻力。

在其中一个实施例中，所述一级减阻模块与所述二级减阻模块之间设有角度固定结构，以固定所述一级减阻模块与所述二级减阻模块之间两个配合面的夹角。

在其中一个实施例中，所述减阻单元包括迎风底面、迎风侧面与连接顶面；

所述迎风侧面的数量为两个，所述迎风底面与所述连接顶面的两侧均通过一所述迎风侧面相连，且其中一个所述迎风侧面的顶部向另一个所述迎风侧面的方向倾斜；

所述迎风底面、迎风侧面、连接顶面的一部分位于所述一级减阻模块上，另一部分位于所述二级减阻模块上；

所述铰链设在所述迎风底面上，所述第二连接结构设在所述连接顶面上。

在其中一个实施例中，所述迎风底面为沿头部到尾部逐渐增宽、下凸的弧面结构。

在其中一个实施例中，所述迎风侧面为沿头部到尾部逐渐增宽的平面结构。

在其中一个实施例中，所述封堵单元包括连接底面以及作为所述封堵结构的封堵面；

所述封堵面分别与所述迎风底面的尾部、所述迎风侧面的尾部、所述连接顶面的尾部相连，所述连接底面的头部与所述迎风底面的尾部相连，所述第二连接结构设在所述连接底面的尾部。

在其中一个实施例中，所述第一连接结构包括第一连接部与第二连接部，所述第一连接部固定设在所述连接底面的尾部，所述第二连接部固定设在进气道的底部外壁面上；

所述第一连接部上沿从头部到尾部的方向间隔设有第一嵌入部与第一嵌入槽，所述第二连接部上沿从头部到尾部的方向间隔设有第二嵌入槽与第二嵌入部，所述第一嵌入部嵌入连接在所述第一嵌入槽上，所述第二嵌入部嵌入连接在所述第二嵌入槽上；

所述第一嵌入部与所述第一嵌入槽之间的配合面、所述第二嵌入部与所述第二嵌入槽之间的配合面均为弧面，以使得所述第一连接部能够在外部力矩的驱动下绕所述第二连接部转动，并在转动一定角度后与所述第二连接部分离。

在其中一个实施例中，所述第二连接结构为爆炸螺栓。

相较于现有技术，本发明提供的一种两级气动分离式高超声速进气道整流罩具有如下有益技术效果：

1、不需要复杂的机械作动机构，单纯靠气动力实现分离，结构简单；

2、采用两级分离设计思想，相对于需要使整个整流罩分离的单级分离方案，只需首先将整流罩一级分离，所需气动分离力减小，从而气动下压面减小，整流罩型面设计更加灵活，可较大程度地减少由整流罩引起的气动阻力；

3、采用两级分离设计思想，相对于单级分离方案，整流罩的尺寸缩短，结构强度要求更低，从而整流罩的重量更轻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中整流罩的轴测图；

图2为本发明实施例中整流罩的俯视图；

图3为本发明实施例中整流罩的仰视图；

图4为本发明实施例中第一连接结构的爆炸示意图；

图5为本发明实施例中第一连接结构的剖视图；

图6为本发明实施例中飞行器处于助推阶段的轴测图；

图7为本发明实施例中飞行器处于助推阶段的仰视图；

图8为本发明实施例中飞行器处于一级减阻模块与二级减阻模块分离时的轴测图；

图9为本发明实施例中飞行器上整流罩即将脱落时的轴测图；

图10为本发明实施例中飞行器上整流罩脱落后的轴测图。

附图标号说明：

一级减阻模块10、第一迎风底板101、第一迎风侧板102、第一连接顶板103；

二级减阻模块20、第二迎风底板201、第二迎风侧板202、第二连接顶板203；

第一连接板301、第二连接板302、铰链303；

封堵单元40、连接底面401、封堵面402；

第一连接结构50、第一连接部501、第二连接部502、第一嵌入部503、第一嵌入槽504、第二嵌入槽505、第二嵌入部506；

第二连接结构60；

飞行器70、进气道701。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-10所示为本实施例公开的一种两级气动分离式高超声速进气道整流罩，其主要包括包括减阻单元与封堵单元40，封堵单元40上设有能够封堵进气道701入口的封堵结构。减阻单元的头部收拢于一点，减阻单元的尾部与封堵单元40的头部相连，且减阻单元沿头部到尾部的方向逐渐增宽、增厚，即减阻单元整体为一类锥形结构。封堵单元40的尾部与进气道701的底部外壁面通过第一连接结构50可拆卸地固定相连。

本实施例中，减阻单元包括接触相连的一级减阻模块10与二级减阻模块20，一级减阻模块10与二级减阻模块20之间两个配合面的底部通过铰链303铰接，且一级减阻模块10、二级减阻模块20均通过第二连接结构60与飞行器70的外壁面相连，减阻单元的头部朝向飞行器70的头部且位于一级减阻模块10上，减阻单元的尾部朝向飞行器70的尾部且位于二级减阻模块20上，且一级减阻模块10、二级减阻模块20通过第二连接结构60连接在飞行器70的外壁面上的过程中，一级减阻模块10的顶部、二级减阻模块20的顶部均与飞行器70的外壁面相贴。其中，在同样的高超声速来流中，减阻单元所受的升力大于其所受的阻力，一级减阻模块10的所受的升力小于其所受的阻力。

本实施例中，一级减阻模块10与二级减阻模块20之间设有角度固定结构，以固定一级减阻模块10与二级减阻模块20之间两个配合面的夹角，即能避免一级减阻模块10与二级减阻模块20的角度开的过大，也能保持一级减阻模块10与二级减阻模块20之间的位置相对固定，避免一级减阻模块10与二级减阻模块20再次贴合。在具体实施过程中，角度固定结构可以采用市面常见的车门开度限位器，因此本实施例中不再赘述。

本实施例中，当具有上述整流罩的飞行器70处于图6-7所示的助推阶段时，减阻单元处于第一状态，即一级减阻模块10与二级减阻模块20之间的两个配合面相互贴合，且一级减阻模块10的顶部、二级减阻模块20的顶部均与飞行器70的外壁面相贴，使得减阻单元此时整体所受的升力大于所受的阻力，进而保障整流罩相对于飞行器70整体保持相对固定，使得封堵单元40上的封堵结构覆盖在进气道701的入口处。当助推阶段结束需要分离整流罩时，首先控制一级减阻模块10上的第二连接结构60失效，使得一级减阻模块10与飞行器70的外壁面分离，使得一级减阻模块10以铰链303位置向下转动，并在角度固定结构的作用下使得一级减阻模块10与二级减阻模块20之间保持一定夹角并相对固定，同时一级减阻模块10与飞行器70的外壁面之间存在间隙，即图8所示。而高超声速来流在间隙中滞止，压力升高，进而增加一级减阻模块10向下的阻力，使得此时减阻单元所受的升力小于其所受的阻力。随后控制控制二级减阻模块20上的第二连接结构60失效，使得二级减阻模块20与飞行器70的外壁面分离，此时在阻力的作用下，整流罩整体将会以第一连接结构50为轴向下转动，即图9所示；当转动达到一定角度后，第一连接结构50失效，整流罩组合体做六自由度运动被抛掉，完成与飞行器70分离，即图10所示。

本实施例中，减阻单元包括迎风底面、迎风侧面与连接顶面。具体地，迎风侧面的数量为两个且相互对称，迎风底面与连接顶面的两侧均通过一迎风侧面相连。迎风侧面为沿头部到尾部逐渐增宽的平面结构，且其中一个迎风侧面的顶部向另一个迎风侧面的方向倾斜，以为减阻单元提供向下的阻力。迎风底面为沿头部到尾部逐渐增宽、下凸的弧面结构，以为减阻单元提供向上的升力。至于如果设计迎风底面的具体尺寸、曲面构型，以及迎风侧面的具体尺寸与倾斜角度，以及如何分割一级减阻模块10与二级减阻模块20，进而达到在同样的高超声速来流中，减阻单元所受的升力大于其所受的阻力，一级减阻模块10的所受的升力小于其所受的阻力的效果。在以及各部件连接结构的前提下，均为气动布局技术领域的常规技术手段，因此本实施例中不再对其进行赘述。

在具体实施过程中，迎风底面包括第一迎风底板101与第二迎风底板201，迎风侧面包括第一迎风侧板102与第二迎风侧板202，连接顶面包括第一连接顶板103与第二连接顶板203。其中，第一迎风底板101、第一迎风侧板102、第一连接顶板103均位于一级减阻模块10上，第二迎风底板201、第二迎风侧板202、第二连接顶板203均位于二级减阻模块20上。第一迎风底板101的头部、第一迎风侧板102的头部、第一连接顶板103的头部均收拢于减阻单元的头部，第一迎风底板101的尾部、第一迎风侧板102的尾部、第一连接顶板103的尾部分别于第二迎风底板201的头部、第二迎风侧板202的头部、第二连接顶板203的头部，而第二迎风底板201的尾部、第二迎风侧板202的尾部、第二连接顶板203的尾部均与封堵单元40固定相连。上述的铰链303连接在第一迎风底板101的尾部与第二迎风底板201的头部之间。第二连接结构60为爆炸螺栓且数量为两个，其中一个设在第一连接顶板103上，另一个设在第二连接顶板203上。

作为优选地实施方式，减阻单元还包括第一连接板301与第二连接板302，其中，第一迎风底板101的尾部、第一迎风侧板102的尾部、第一连接顶板103的尾部均与第一连接板301相连，且第一迎风底板101、第一迎风侧板102、第一连接顶板103与第一连接板301之间围成第一空腔；第二迎风底板201的头部、第二迎风侧板202的头部、第二连接顶板203的头部均与第二连接板302相连，且第二迎风底板201、第二迎风侧板202、第二连接顶板203、第二连接板302与封堵单元40之间围成第二空腔。进而在有效降低减阻单元质量的同时，还能保障减阻单元构型的稳定性。

本实施例中，封堵单元40包括连接底面401以及作为封堵结构的封堵面402。需要注意的是，当进气道701为v形唇口构型时，连接底面401也属于封堵结构，即封堵面402用于封堵进气道701前方的进口，连接底面401用于封堵进气道701底部的进口。封堵面402分别与第二迎风底板201的尾部、第二迎风侧板202的尾部、第二连接顶板203的尾部相连，进而围成上述第二空腔，连接底面401的头部与迎风底面的尾部相连，第二连接结构60设在连接底面401的尾部。

本实施例中，第一连接结构50包括第一连接部501与第二连接部502，第一连接部501固定设在连接底面401的尾部，第二连接部502固定设在进气道701的底部外壁面上。第一连接部501上沿从头部到尾部的方向间隔设有第一嵌入部503与第一嵌入槽504，第二连接部502上沿从头部到尾部的方向间隔设有第二嵌入槽505与第二嵌入部506，第一嵌入部503嵌入连接在第一嵌入槽504上，第二嵌入部506嵌入连接在第二嵌入槽505上。第一嵌入部503与第一嵌入槽504之间的配合面、第二嵌入部506与第二嵌入槽505之间的配合面均为弧面，以使得第一连接部501能够在外部力矩的驱动下绕第二连接部502转动，并在转动一定角度后与第二连接部502分离。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。