一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构的制作方法

本发明属于靶场测试，具体涉及一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构。

背景技术：

1、火箭橇是以火箭发动机为动力，沿专门建造的滑轨高速滑行的地面试验系统，主要模拟武器系统研制过程中有关速度、加速度条件，用于飞机、导弹、航宇飞行器整机或部件等功能考核。

2、地面试验根据不同的试验目的，可以在对真实环境条件进行模拟的同时实现较好的测量精度，但模拟参数范围受到试验设备的约束。例如，高超声速风洞试验受设备尺度限制，通常无法进行1：1样件试验，同时由于动压最高只能达到十万帕左右，无法模拟几十万帕甚至上百万帕动压的力学环境，因而高速环境下与控制相关的技术方案无法通过风洞设备进行考核；平衡炮由于其加速能力有限，达不到高超声速考核要求；轻气炮受限于其多极次口径加速的发射原理，能加载的战斗部(弹丸)尺寸和质量均相当受限。火箭橇试验能够模拟飞行状态的主要特点，成为目前先进武器地面试验设备中比较有效的一种特殊试验手段，尤其对于带有动态考核事件的超声速高雷诺数气动环境模拟优势更加突出。

3、随着高超声速武器系统成为当今世界航天航空大国积极发展的关键技术之一，模拟高超声速试验及测试环境，成为地面火箭橇试验技术持续发展的重要研究方向。由于高超声速火箭橇在运行过程中速度快、受地面效应影响大，同时受到恶劣的气动环境和靴轨冲击振动环境，大大降低了火箭橇的运动稳定性，而合理的气动环境，尤其是适当的气动压力环境，可以有效产生气动阻尼，抑制火箭橇的振动情况。因此，设计合理的气动压力环境，对于高超声速运动稳定性具有重要意义。

4、我国已成功开展了高超声速的单轨火箭橇试验，其气动设计有一定的经验，但是单轨火箭橇沿单根轨道高速滑行，极易发生滚转效应，振动力学环境也更恶劣。双轨火箭橇横跨两条轨道滑行，可负载的载荷较之单轨火箭橇大很多，可适应目前我国大力发展的大载荷战斗部的高超声速火箭橇试验，但是目前国内成功实施的双轨火箭橇最大速度为3.5ma，未有5ma双轨火箭橇的气动设计经验和相关资料。

5、在3.5ma的中超声速双轨火箭橇的气动设计中，采用的适用于中超声速的负升低阻大斜面气动结构中在3.5ma速度以下可以提供很好的气动力学环境，满足运动稳定性需求，而将之推至5ma速度，则气动压力由二十吨以下增至五十吨以上，气动压力过大，滑靴难以承受，以至于恶化了靴轨力学环境，同时现有结构阻力系数过大，动力配置难以实现高超声速。因此需要发展一种适用于高超声速双轨火箭橇的气动外形结构，满足弹道设计和运动稳定的需求。目前对高超声速双轨火箭橇气动减阻同时提供合理下压力抑制振动环境目前未能采取有效措施，也未有相关气动结构的公开报道。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，包括大斜面楔形整流结构、整流帽、立柱、圆形卡环和滑靴；大斜面楔形整流结构的纵截面即yz平面方向截面为梯形+1/4椭圆，俯视方向为梯形；下表面安装四枚滑靴，前后各两枚，用于火箭橇沿轨道滑行；整流帽安装在楔形整流结构的上表面，对未遮盖的发动机头部进行整流；大斜面楔形整流结构的中部设计立柱，立柱为前部尖劈外形，后部为长方体外形，尖劈外形和长方体外形与被试品融合安装；被试品采用圆形卡环卡在在立柱内部。本发明使楔形整流外形气动阻力大幅降低，在现有动力条件下可以实现双轨火箭橇5ma的运行速度。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

3、一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，包括大斜面楔形整流结构、整流帽、立柱、圆形卡环和滑靴；

4、定义火箭橇运行方向为y轴负向；垂直于y轴，且铅锤方向指向上方为z轴正向；垂直于yz平面，且指向火箭橇运行方向左侧的方向为x轴正向；

5、所述大斜面楔形整流结构的纵截面即yz平面方向截面为梯形+1/4椭圆，俯视方向为梯形；

6、所述楔形整流结构下表面安装四枚滑靴，前后各两枚，用于火箭橇沿轨道滑行；

7、所述整流帽安装在楔形整流结构的上表面，对未遮盖的发动机头部进行整流；所述整流帽为圆锥结构的锥面与大斜面楔形整流结构的上表面融合相贯，相贯线向前最远延伸至前部两枚滑靴的横梁的前端面位置；整流帽后端面与发动机前端面贴合，以起到对发动机遮掩整流作用；

8、所述大斜面楔形整流结构的中部设计立柱，立柱为前部尖劈外形，后部为长方体外形，尖劈外形和长方体外形与被试品融合安装；被试品采用圆形卡环卡在在立柱内部。

9、优选地，所述大斜面楔形整流结构的纵截面的梯形结构为直角梯形，直角边形成气动外形结构的底面，直角梯形的上边长度由前滑靴支撑横梁高度决定，直角梯形的下边用于遮盖发动机，直角梯形的腰线形成气动外形结构的楔形大斜面；

10、直角梯形的上边长度取值与前面两枚滑靴的横梁的高度相同，为70mm；

11、直角梯形的下边长度为从前面两枚滑靴上顶面至发动机圆心的垂直距离；

12、直角梯形的直角边长度取值为1.2m～1.6m之间。

13、优选地，所述大斜面楔形整流结构的纵截面1/4椭圆的短边为竖向边，长度与前面两枚滑靴的横梁的高度相同，为70mm；椭圆长边长度为240mm；

14、椭圆结构上表面由后至前为斜面，倾斜角度与楔形整流气动外形的楔形面一致，也就是该斜面与楔形面共面。

15、优选地，所述整流帽后端面与发动机前端面及安装卡环在楔形面以上部分所形成的面重合，以达到完全遮掩发动机，为推力橇部分发动机整流减阻的目的。

16、优选地，所述楔形整流结构前部宽度与前面两枚滑靴外侧面距离等宽，为1745mm；楔形面的侧面和最外侧发动机整流帽以该前后宽度为准纵向切出整流结构的侧面。

17、本发明的有益效果如下：

18、(1)本发明的高超声速双轨火箭橇气动外形遮盖发动机一半同时采用发动机整流帽减阻的形式较之以往的对发动机全遮盖的常规楔形整流外形气动阻力大幅降低，在现有动力条件下可以实现双轨火箭橇5ma的运行速度。

19、(2)本发明的高超声速双轨火箭橇气动外形，可以在一定范围调节火箭橇气动外形的纵向长度，进而调节楔形面的角度来调节气动压力在合理范围内，避免了传统的3.5ma以内的楔形结构面在5ma速度下气动压力过大，造成整橇的振动量级过大的难题。

20、(3)本发明在楔形整流的前部设计1/4椭圆的前横梁整流方式，既合理调节了结构前部气动压力，又避免传统三角形截面设计为纯下压力面时滑靴位置气动压力过大的问题，同时，削弱了采用单纯尖劈结构时火箭橇底部的激波强度，避免了高强度激波高频击打轨道扣件带来的振动诱导。

技术特征：

1.一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，其特征在于，包括大斜面楔形整流结构、整流帽、立柱、圆形卡环和滑靴；

2.根据权利要求1所述的一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，其特征在于，所述大斜面楔形整流结构的纵截面的梯形结构为直角梯形，直角边形成气动外形结构的底面，直角梯形的上边长度由前滑靴支撑横梁高度决定，直角梯形的下边用于遮盖发动机，直角梯形的腰线形成气动外形结构的楔形大斜面。

3.根据权利要求2所述的一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，其特征在于，所述直角梯形的上边长度取值与前面两枚滑靴的横梁的高度相同，为70mm；直角梯形的下边长度为从前面两枚滑靴上顶面至发动机圆心的垂直距离；直角梯形的直角边长度取值为1.2m～1.6m之间。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，其特征在于，所述大斜面楔形整流结构的纵截面1/4椭圆的短边为竖向边，长度与前面两枚滑靴的横梁的高度相同，为70mm；椭圆长边长度为240mm；

5.根据权利要求1所述的一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，其特征在于，所述整流帽后端面与发动机前端面及安装卡环在楔形面以上部分所形成的面重合，以达到完全遮掩发动机，为推力橇部分发动机整流减阻的目的。

6.根据权利要求1所述的一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，其特征在于，所述楔形整流结构前部宽度与前面两枚滑靴外侧面距离等宽，为1745mm；楔形面的侧面和最外侧发动机整流帽以该前后宽度为准纵向切出整流结构的侧面。

技术总结
本发明公开了一种适用于高超声速的双轨火箭橇气动外形结构，包括大斜面楔形整流结构、整流帽、立柱、圆形卡环和滑靴；大斜面楔形整流结构的纵截面即YZ平面方向截面为梯形+1/4椭圆，俯视方向为梯形；下表面安装四枚滑靴，前后各两枚，用于火箭橇沿轨道滑行；整流帽安装在楔形整流结构的上表面，对未遮盖的发动机头部进行整流；大斜面楔形整流结构的中部设计立柱，立柱为前部尖劈外形，后部为长方体外形，尖劈外形和长方体外形与被试品融合安装；被试品采用圆形卡环卡在在立柱内部。本发明使楔形整流外形气动阻力大幅降低，在现有动力条件下可以实现双轨火箭橇5Ma的运行速度。

技术研发人员：吕水燕,赵卫星,贺祥锋,李康,巴玮韬,王磊,赵项伟,胡兵
受保护的技术使用者：中国兵器工业试验测试研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13