高速再入飞行试验再入条件优化设计.pdf

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1、第４６卷第５期航空计算技术Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．５２０１６年９月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳｅｐ．２０１６高速再入飞行试验再入条件优化设计吴文瑞，黄震，侯砚泽（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京１０００９４）摘要：飞行器返回再入时将经历极高的气动热环境，因此深空探测返回飞行器，尤其是载人飞船需要通过实际飞行试验验证相关性能，为降低成本和研制风险，通常采用大再入角和相对第二宇宙速度较低的再入速度进行飞行试验。为获得能实现高热流密度验证的最小能量再入任务方案，采用优化设计手段对飞行试验的再

2、入角和速度以及倾侧角控制进行设计，经仿真分析表明，优化结果可达到飞行试验要求的热流密度，并可将再入速度需求降低约２．１ｋｍ／ｓ。关键词：深空探测飞行器；第二宇宙速度；飞行试验；再入弹道；优化设计中图分类号：Ｖ４１，Ｏ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１６）０５-０００１-０３InitialEntryConditionOptimizationofHigh-SpeedEntryFlightTestforDeepSpaceEpxlorationVehiclesＷＵＷｅｎ-ｒｕｉ，ＨＵＡＮＧＺｈｅｎ，ＨＯＵ

3、Ｙａｎ-ｚｅ（InstituteofMannedSpacecraftSystemEngineerign，ChniaAcademyofSpaceTechnoolgy，Beijing１０００９４，China）Abstract：Ｗｈｅｎｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇｅａｒｔｈｒｅｅｎｔｒｙ，ｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅｓｓｕｆｆｅｒｈｉｇｈｈｅａｔｌｏａｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｖａｌｉｄａｔｅｒｅｌｅｖａｎｔｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｅｎｔｒｙｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔｓａｒｅｏｆｔｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ

4、ｆｏｒｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｃｒｅｗｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｆｏｒｔｈｅｓａｋｅｏｆｒｅｔｒｅｎｃｈｉｎｇｆｕｎｄｓａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｍｉｓｓｉｏｎｒｉｓｋ，ｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔｓｏｆｔｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅａｒｔｈｅｎｔｒｙｉｎｌａｒｇｅｆｌｉｇｈｔｐａｔｈａｎｇｌｅａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｉｎｓｔｅａｄｏｆｅｎｔｒｙｉｎｓｅｃｏｎｄｃｏｓｍｉｃｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ

5、，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｉｎｉ－ｔｉａｌｅｎｔｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｅｎｔｒｙｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔ．Ｗｅｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｂｙａｎｅｎｔｒｙｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｘａｃｔｈｅａｔｌｏａｄｉｓａｃｑｕｉｒｅｄｗｉｔｈｒｅｄｕｃｉｎｇ２．１ｋｍ／ｓｖｅｌｏｃｉｔｙｄｅｍａｎｄ．Keywords：ｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｓｅｃｏｎｄ

6、ｃｏｓｍｉｃｖｅｌｏｃｉｔｙ；ｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔｓ；ｅｎｔｒｙｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｏｐｔｉｍｉ－ｚａｔｉｏｎ引言小，而对于返回舱从月球、火星等天体高速再入情况，返回时返回舱将剧烈挤压驻点区域空气，形成高温、高深空探测返回再入时，再入器的速度可达到甚至压的气体团，气体团对大尺寸返回舱的辐射热流也变超过１１ｋｍ／ｓ，相比于近地轨道返回再入约７．８２ｋｍ／ｓ得极为显著。高明周等对气动热条件约束下的高超声的速度要大得多，必须通过飞行试验对防热结构的性［３］速飞行器飞行轨迹进行了优化。本文通过优化算能进行验证。Ａｐｏｌｌｏ飞

7、船进行了多次飞行试验，其中法，找到可实现第二宇宙速度返回时对流峰值热流和代号ＡＳ２０１的飞行试验采用大椭圆轨道返回，验证了［１］辐射峰值热流的最小的再入速度，以利用最少的系统高热流密度下防热结构的性能；多用途乘员飞行器资源实现对最大峰值热流验证的需求。（Ｍｕｌｔｉ-ＰｕｒｐｏｓｅＣｒｅｗＶｅｈｉｃｌｅ，ＭＰＣＶ）于２０１４年年底进行了探索飞行试验（ＥＦＴ－１），验证返回舱高速再入地［２］１飞行试验任务设计问题建模球的气动特性，检验热防护系统和降落伞回收系统。返回舱再入过程中承受的热载荷（以热流密度度１．１任务设计参数量

8、）由对流加热和辐射加热两部分组成。对于近地轨再入角γE和再入速度VE是再入弹道分析的重要道再入返回，对流加热占绝大部分，辐射加热占比很参数，选为任务设计参数。另外，再入过程中主要通过控收稿日期：２０１６－０６－２４修订日期：２０１６－０８－１８基金项目：国家自然科学基金项目资助（６１４０３０２８）作者简介：吴文瑞（１９８３－），男