攻角对火星降落伞拉直过程的影响分析

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1、航天返回与遥感第38卷第3期24SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2017年6月攻角对火星降落伞拉直过程的影响分析鲁媛媛荣伟吴世通（北京空间机电研究所，北京100094）摘要为了研究火星探测器减速着陆系统降落伞开伞前进入舱攻角的大小对伞拉直过程的影响，设计相应的控制措施，文章以“海盗号”火星探测器为研究对象，建立了基于质量阻尼弹簧模型的降落伞拉直过程动力学模型，研究了进入舱不同攻角下降落伞的拉直过程，重点研究了攻角与“绳帆”现象之间的关系。结果表明，火星环境下开伞前进入舱攻角越大，拉直过程中的“绳帆

2、”现象越严重。因此，减小开伞前进入舱的攻角，将有利于避免或降低“绳帆”现象的发生。这一研究结论可为火星探测减速着陆系统的设计提供一定参考。关键词火星探测器降落伞拉直过程绳帆攻角“海盗号”中图分类号:V529.1文献标志码:A文章编号:1009-8518(2017)03-0024-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2017.03.003ImpactAnalysisofAttackAngleonDynamicsCharacteristicofMarsProbeParachuteDeploymentLUYu

3、anyuanRONGWeiWUShitong（BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China）AbstractInordertoresearchtheinfluenceofattackangleofvehicleonparachutedeploymentprocessonMars,thispaperstudiestheinfluenceofattackangleofvehicleondynamicsofparachutedeploymentproc

4、essonMarsbytakingVikingasresearchobject.Therelationshipofattackangleandlinesailisstudied.Theresultsshowthatthelargertheattackangleis,themoreseriouslinesailduringtheparachutedeploymentwillbe.Toavoidoreasethelinesail,it’snecessarytoreducetheangleofattackofvehicle.Thest

5、udyprovidesareferencefordescentandlandingsystemdesignofMarsprobeforChina.KeywordsMarsprobe;parachutedeployment;linesail;angleofattack;Viking0引言降落伞拉直是开伞过程的第一个动作，是指从开始弹（拉）伞到伞全部拉直的整个过程。作用在伞绳和未充气伞衣上的气动力对降落伞能否正常充气以及伞衣结构完整性有着重要的影响。降落伞系统设计的期望是拉直方向与相对气流方向平行，但是当拉直方向与相对气流方向具有一

6、定夹角时，会导致伞[1]绳偏离拉直方向，使伞绳过早拉出，伞绳发生弯曲，这就是“绳帆”现象。“绳帆”现象可能会导致改变拉直时间、过度增加拉直力、非对称拉直、伞衣损坏，以及非对称充气、充气时发生漏气塌陷等一[2]系列不可预测的现象。美国航空航天局（NASA）非常重视火星探测器开伞前进入舱的攻角（以下简称开伞攻角）大小。收稿日期：2017-01-09第3期鲁媛媛等:攻角对火星降落伞拉直过程的影响分析25NASA的设计人员提出，攻角是一个关键参数，它影响降落伞正常拉直和充气、着陆器的轴向过载，以[3-4]及开伞后舱伞系统的动力学特性。根

7、据“海盗号”的飞行数据，进入舱攻角必须满足不大于13°，才[5]能保证降落伞正常充气；NASA的最新一代火星探测器“火星科学实验室”在降落伞开伞前15s，通过依次分离进入舱内部的6个质量块（如图1），改变进入舱质心位置，使开伞前进入舱的配平攻角降至0°[6]左右（如图2）。而在地球环境下，返回式卫星或载人飞船对开伞攻角大小并没有特别的要求。载人飞船返回舱的伞舱一般安装在舱体侧面，进行侧向开伞，这种安装结构本身就使开伞时返回舱具有较大的攻角。图1“火星科学实验室”分离6个质量块图2“火星科学实验室”进入舱攻角变化曲线Fig.1MS

8、LejectsbalancemassFig.2MSLentryvehicleattackangleprofile因此在火星环境下，开伞攻角的大小可能对降落伞的拉直过程存在一定影响。针对这一问题，截至目前，在国内公开发表的论文中未见相关研究。在进行火星探测器减速着