一种吸气式底凹腔减阻结构及具有该结构的增程炮弹

本发明属于炮弹、导弹等飞行器，更具体地，涉及一种吸气式底凹腔减阻结构及具有该结构的增程炮弹。

背景技术：

1、弹箭飞行器高速在大气层中飞行时，其阻力特性对弹箭飞行器的航程、有效载荷重量及推重比等特性有直接影响，因此，减阻一直是高速弹箭飞行器设计的首要任务。从弹箭飞行器高速飞行过程中所受阻力的形成机制来讲，弹箭飞行器阻力主要有摩擦阻力、波阻力和底阻构成。基于此，人们分别从飞行器外形结构优化、提升推力和提高底部压力等方面进行了大量减阻增升设计。专利申请cn202010667681.2提出了一种同轴并联装药底排减阻弹底分离减质设计，减阻增推的同时兼顾了有效载荷的重量，起到一定的有益效果。专利申请cn202011222265.8从被动整流角度出发将传统圆柱状气动外形整流成枣核形气动布局，达到降低飞行阻力的有益效果。

2、底阻作为弹箭飞行器飞行阻力的重要组成部分，文献报道约占总阻力的40％～50％，降低底阻对高速弹箭飞行器意义重大。从技术路线上，目前主要采用底排(如专利申请cn201010594424.7和专利申请cn201010594415.8)和底凹两种手段降低底阻。底凹方法具有结构简单、飞行包线适应性好、无额外复杂辅助部件等特点，在降低底阻方面仍是常采用的主要方法之一，但该方法降低底阻效果并不理想，因此，如何在底凹方法的基础上进一步降低底阻，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种吸气式底凹腔减阻结构及具有该结构的增程炮弹，其目的在于通过在弹箭飞行器尾部采用平行斜切进气口捕集飞行器表面高速来流空气，由此解决采用底凹方法在降低底阻方面效果较差的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种吸气式底凹腔减阻结构，包括：v形凹腔底面和吸气唇罩；所述v形凹腔底面设置于所述吸气唇罩内部，二者通过所述v形凹腔底面外侧延伸的支撑肋条同轴固定；所述v形凹腔底面的外表面与所述吸气唇罩的内表面之间设有环缝从而形成环形流道；

3、所述v形凹腔底面包括多个环缝凹腔和顶部凹腔，多个环缝凹腔沿所述v形凹腔底面的外表面间隔设置，所述顶部凹腔设置于所述v形凹腔底面的一端。

4、优选地，所述吸气唇罩的唇口为环形斜切唇口，所述环形斜切唇口的斜切角度满足形成贴体斜激波的气动条件，所述斜切角度为2°～10°。

5、优选地，所述环形斜切唇口与所述v形凹腔底面表面之间形成均匀间隙的环形吸气进口。

6、进一步优选地，所述环形吸气进口的宽度与环形斜切唇口斜切角度和v形凹腔底面半张角满足一定气动关系，使得所述环形斜切唇口处产生的贴体斜激波可与v形凹腔底面相交。

7、优选地，所述环形流道的截面面积沿气体流向逐渐扩大，以满足吸入高速气流减速扩压的要求；且所述环形流道沿气体流向延伸至所述吸气唇罩尾部形成底凹腔。

8、优选地，所述v形凹腔底面的半张角为15°～30°。

9、优选地，所述吸气唇罩的外形与气体来流方向呈零攻角，以避免产生额外的气动阻力。

10、优选地，所述顶部凹腔的径深比为2～4：1。

11、进一步优选地，所述吸气唇罩外伸长度与顶部凹腔端面形成的凹腔结构径深比为2～4：1。

12、优选地，多个环缝凹腔等间距分布于所述v形凹腔底面的外表面。

13、优选地，述环缝凹腔的缝宽/深度比为2～4：1。

14、按照本发明的另一方面，提供了一种增程炮弹，包括上文所述的吸气式底凹腔减阻结构，还包括：锥形弹头、第一圆柱弹身和第二圆柱弹身，所述锥形弹头的一端设有所述第一圆柱弹身，所述第一圆柱弹身的一端设有所述第二圆柱弹身，所述第二圆柱弹身的一端设有所述吸气式底凹腔减阻结构；

15、所述第一圆柱弹身的弹身直径大于所述第二圆柱弹身的弹身直径，以使所述第一圆柱弹身与第二圆柱弹身的连接处形成后台阶。

16、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明提供了一种吸气式底凹腔减阻结构及具有该结构的增程炮弹，在高速弹箭飞行器尾端布置一种吸气唇罩，将高速弹箭飞行器壁面附近天然存在的高速气流吸入吸气唇罩与尾端v形凹腔底面构成的截面积扩张环形流道，高速气流减速扩压，飞行器底部压力得到一定程度的恢复，同时高速气流与吸气唇罩唇口处环形斜切唇口相互作用会产生斜激波，斜激波延伸线与尾端v形凹腔底面相交会进一步提高飞行器底部压力，从而大幅降低弹箭飞行器的底阻损失，兼具传统底凹减阻技术优势的同时，具有无活动部件、飞行包线适应性强、底阻减阻稳定性强等优点。

技术特征：

1.一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，包括：v形凹腔底面(8)和吸气唇罩(5)；所述v形凹腔底面(8)设置于所述吸气唇罩(5)内部，二者通过所述v形凹腔底面(8)外侧延伸的支撑肋条(7)同轴固定；所述v形凹腔底面(8)的外表面与所述吸气唇罩(5)的内表面之间设有环缝从而形成环形流道；

2.根据权利要求1所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述吸气唇罩(5)的唇口为环形斜切唇口(4)，所述环形斜切唇口(4)的斜切角度为2°～10°。

3.根据权利要求2所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述环形斜切唇口与所述v形凹腔底面(8)表面之间形成均匀间隙的环形吸气进口。

4.根据权利要求1所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述环形流道的截面面积沿气体流向逐渐扩大，且所述环形流道沿气体流向延伸至所述吸气唇罩(5)尾部形成底凹腔(6)。

5.根据权利要求1所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述v形凹腔底面(8)的半张角为15°～30°。

6.根据权利要求1所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述吸气唇罩(5)的外形与气体来流方向呈零攻角。

7.根据权利要求1所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述顶部凹腔(10)的径深比为2～4：1。

8.根据权利要求1所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，多个环缝凹腔(9)等间距分布于所述v形凹腔底面(8)的外表面。

9.根据权利要求8所述的一种吸气式底凹腔减阻结构，其特征在于，所述环缝凹腔(9)的缝宽/深度比为2～4：1。

10.一种增程炮弹，其特征在于，包括如权利要1-9任一项所述的吸气式底凹腔减阻结构，还包括：锥形弹头(1)、第一圆柱弹身(2)和第二圆柱弹身(3)，所述锥形弹头(1)的一端设有所述第一圆柱弹身(2)，所述第一圆柱弹身(2)的一端设有所述第二圆柱弹身(3)，所述第二圆柱弹身(3)的一端设有所述吸气式底凹腔减阻结构；

技术总结本发明公开了一种吸气式底凹腔减阻结构及具有该结构的增程炮弹，属于炮弹、导弹等飞行器技术领域，包括：V形凹腔底面和吸气唇罩；所述V形凹腔底面设置于所述吸气唇罩内部，二者通过所述V形凹腔底面外侧延伸的支撑肋条同轴固定；所述V形凹腔底面的外表面与所述吸气唇罩的内表面之间设有环缝从而形成环形流道；所述V形凹腔底面包括多个环缝凹腔和顶部凹腔，多个环缝凹腔沿所述V形凹腔底面的外表面间隔设置，所述顶部凹腔设置于所述V形凹腔底面的一端。本发明通过斜激波增压和空气动力学减速扩压原理将高速气流动能转化为压力能，从而提高弹箭飞行器底部压力，降低底阻的同时降低了弹箭飞行器低波阻外形气动布局设计的要求。技术研发人员：吴杰,赵家权,姚世勇,徐聪,杨攀受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6