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高超声速技术具有前瞻性、战略性和带动性,是21世纪航空航天技术领域的制高点。以吸气式发动机为动力的高超声速巡航飞行器(HCV)多采用乘波体或类乘波体构型,由于其在巡航段飞行时间长、距离远、飞行器机动动作少,属于易被发现和拦截的阶段。这就需要通过调整气动布局,一方面来达到减小雷达散射截面的目的,增强隐身性能,提高生存力;另一方面,使飞行器具有较好的稳定性、操纵性、机动性,以期增强突防能力;最终获得较高的总体巡航性能。 本文针对高超声速巡航飞行器的隐身性能及操稳性能进行了综合研究,主要内容包括: 1) 以高超声速类乘波体这一构型为研究的基础,简要介绍了理论构型方案;并建立了理论构型的几何外形参数化模型,参数初始值给定的外形定义为基准外形。 2) 介绍了衡量雷达反射波强弱的物理量——雷达散射截面,针对不同的散射机理,提出了不同高频散射计算方法,并比较了其优缺点及使用范围。 3) 在参数化模型基础上,通过网格划分,采用面元法进一步建立了散射目标模型;对面元的遮挡问题进行了处理,部件自身的遮挡采用后向面判别法,部件之间的遮挡采用深度缓冲器算法。 4) 计算了在不同方位角和俯仰角入射雷达波下高超声速飞行器基准方案的雷达散射截面,面元的镜面散射采用物理光学法,机翼边缘的绕射采用等效电流法,翼身二面角则通过等效照明面积计算了二次、三次反射。 5) 对基准方案飞行器的操稳性能进行了研究,选取了静稳定性及机动性作为衡量操稳性能的指标,并计算了在不同马赫数下的操稳性能。 6) 开发了飞行器总体性能计算算法库,可以直接通过该算法库计算隐身性能、操稳性能,为进一步对高超声速飞行器进行乘波布局优化设计打下了基础。 本文对隐身性能及操稳性能的研究基于工程估算方法,适用于飞行器的总体性能的概念设计和方案优化设计,通过飞行器气动布局的优化来提高隐身性能、操稳性能、气动等性能,提高超声速飞行器的生存力以及突防能力,达到总体性能最优,这是本文研究的后继工作及目标。