頭罩前錐曲線對運載器性能的影響分析①

馬 洋，楊 濤，張青斌

(國防科學技術大學航天科學與工程學院，長沙 410073)

0 引言

頭罩是運載器的主要組成部分，也是影響運載器上升段氣動特性和運載能力的重要部分之一。一般運載器對升阻比要求不高，但要求阻力盡可能小，容積率盡可能大，并且要求有一定的飛行穩定性，這3個要求一般很難同時滿足，它們之間的相互關系比較復雜。由于運載器所擔負的任務不一樣，在外形設計時，上述3個要求的重要程度也不一樣，因而需要通過精心設計頭罩外形，以滿足不同的任務要求。

頭罩外形的設計主要關注對其前錐曲線的設計，目前所使用的頭罩前錐曲線形式主要有雙錐形式、三錐形式、錐+圓弧形式、尖拱形式、卡門曲線、牛頓曲線、希爾斯-哈克曲線、半球形等［1－2］，各種不同的曲線形式對運載器的阻力特性、穩定性和容積率有著不同的影響，并且這種影響在亞聲速和超聲速條件下也不盡相同［3－6］，基于這樣的背景，本文運用 CFD(Computational Fluid Dynamics)手段對某運載器進行研究，首先計算分析了其基本的氣動特性，掌握了運載器氣動性能的大致范圍，然后對雙錐形式、錐+圓弧形式、尖拱形式、卡門曲線、牛頓曲線等5種候選頭罩外形進行對比分析，研究在不同馬赫數條件下、關注不同的設計要求時，各種候選外形的表現，最后給出了頭罩曲線形式選擇的一般準則。

1 運載器外形參數化設計

對運載器外形進行參數化設計，即采用若干控制參數表達運載器外形，這是進行氣動分析的前提?！?br>