反推发动机布局对返回舱着陆姿态的影响分析

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1、第3l卷第2期2010年4月航天返回与遥感SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENS小G反推发动机布局对返回舱着陆姿态的影H向分析刘敏1荣伟2(1中国空间技术研究院，北京100081)(2北京空间机电研究所，北京100076)摘要针对反推发动机由倾斜安装方式更改为垂直安装方式的布局形式变化，进行了初步的理论分析，而后通过编程计算，详细分析了两种布局形式下返回舱着陆速度、着陆姿态的变化情况，计算结果可为发动机的布局设计提供一定参考。关键词反推发动机布局返回舱着陆姿态飞船中图分类号：V525

2、文献标识码：A文章编号：1009—8518(2010)02—0001—09TheAnalysisforRetro——rocketLayoutEffectonReturnCapsuleLandingAttitudeLiuMinlRongWei2(1ChinaAcademySpaceTechnology，BeijiIlg100081，China)(2BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)AbstractTheBout

3、obliquityofretro—rocketwaschangedfromfastigiatedinstallationtoverticalinstallation．灿IIliIlgatthechangeofretro—rocketlayout，theomticsanalysisWascarriedthroughprimarilyinthepaperatfirst，thenthoughprogramcalculation．thelandingvelocityandlandingattitudeofret

4、umcapsuleundertwodiffemntlayoutswereanalysedindetail，andthecalculationresultCanprovidecAjrtaillreferencefordesignofretro—rocketlayout．KeywordsRetro——rocketLayoutReturncapsuleLanainsattitudeSpacecraft1引言航天器回收着陆系统中的反推发动机又称着陆缓冲火箭，是一种具有动力的着陆减速缓冲装置。当返回舱乘主伞下降距

5、地面某个不大的高度时，其点火给返回舱一个向上的冲量，即给予一个向上的速度增量，从而使返回舱在着陆瞬时的速度减小到相当小的数值。反推发动机的主要特点在于其缓冲行程相当大，比任何一种缓冲装置都大，因而可以实现在相当小的过载条件下，将返同舱的着陆速度减小到很低的水平。这一点对于载人飞船着陆是非常重要的。俄罗斯的“联盟号”飞船及我冈的某刑号飞船的缓冲着陆装置采用了4台相同的着陆反推发动机，安装在返同舱底部的防热罩内。4台发动机的安装位置呈均匀分布，与返l旦I舱中心轴线成某一固定夹角口，如图l，2所示。图1中根据

6、伞舱系统坐标系标注习惯，恐，y3，z3为舱体坐标系三轴；F为发动机的推力，FyZ为l，，z平面内的推力合力，如，Fy，如分别为三轴方向的分力。图2中a，b，c，d为均布的4台发动机，0为大收稿日期：2009—10—182航天返回与遥感2010年第3l卷底平面中心。当主伞完全张满，防热大底与返回舱分离后，反推发动机喷管暴露在舱外。在返回舱下降到距地面特定高度时，由7射线式低高度控制器控制反推发动机点火，使得返回舱的着陆速度降低到允许的范围之内。IⅢ图l反推发动机立体布局示意图2倾斜安装和垂直安装的发动机布

7、局形式ⅣI!I图2反推发动机平面布局示意图在某型号飞船返回舱设计中，4台着陆反推发动机的推力轴线是相交于飞船轴线的，为了提高反推发动机的效率，飞船系统修改了4台着陆反推发动机的布局设计，即将反推发动机的推力方向由倾斜安装改为平行于返回舱的轴线安装。其布局形式如图3所示。与倾斜安装的发动机布局形式相比，4台发动机远离了返回舱纵轴，同时与第1、Ⅲ象限线的距离增大，与第Ⅱ、Ⅳ象限线更加靠近。!III图3垂直安装发动机布局示意图●--Ⅳ_、。!‘。j厚．7T。弋①厶c。土②}●——ll“卜·‘＼／。图4倾斜安装

8、和垂直安装发动机推力示意图倾斜安装和垂直安装的反推发动机推力方向分别如图4所示，图中：①和②的箭头指向分别为倾斜安装和垂直安装的发动机推力方向；C。为返回舱质心位置；髫为垂直安装的发动机推力轴线与返回舱中心轴线的距离；Y为质心位置到返回舱中心轴线的距离。与返回舱中心轴线相交的线为倾斜安装发动机的推力方向，平行于返回舱轴线的线为垂直安装发动机的推力方向。以下就两种不同的布局模式其力矩的大小加以推导。在发动机总推力大小不变的情况下：倾斜安装时帆