超声速气动减速器的气动特性研究

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1、超声速气动减速器的气动特性研究李伟2015年6月中图分类号：TJ430.1UDC分类号：623.4超声速气动减速器的气动特性研究作者姓名李伟学院名称机电学院指导教师纪秀玲副教授答辩委员会主席谌德荣教授申请学位工程硕士学科专业兵器工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月TheStudyforAeroelasticityofSupersonicInflatableAerodynamicDeceleratorCandidateName：WeiLiSchoolorDepartment:SchoolofMechatronicalEn

2、gineeringFacultyMentor:AssociateProf.XiulingJiChair,ThesisCommittee：Prof.DerongChenDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ArmamentEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方

3、外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要充气式气动减速器（IAD）作为一种航天器减速着陆系统，是一种新型的减速技术，具有阻力大、有效负载大的特点，以满足较大质量的探测器从高马赫数下迅速减速并安全着陆。研究表明，与盘缝带伞减速器相比，超音速充气式气动减速器能提升大约80%的有效负载。另外，充气式气动减速器应尽可能降低防热

4、系统的设计要求。航天器以超声速通过火星大气，实现再入、减速、着陆的过程中，要承担很剧烈的气动加热，这就要求减速器能够保护返回载荷以免被剧烈的气动加热烧毁，减轻航天器自身的防热系统设计的负担。由此可见，研究充气式气动减速器的气动特性(尤其是阻力特性)和气动热特性非常有必要。本文利用计算流体动力学（computationalfluiddynamics，CFD）工具，针对同一个锥形充气式减速伞配以不同长度的仪器舱进行数值模拟，分析了超声速下的气动特性和气动热特性，并将数值仿真结果与风洞试验的数据进行了对比，二者比较符合，可以证明在本文中用到的

5、数值分析方法有效，同时也为日后进一步设计研究充气式气动减速器提供依据。主要研究结果如下：（1）通过将数值结果与某风洞试验的结果对比，证明本文所采用的数值方法可以有效的获取刚性张力锥形充气式气动减速器的气动性能参数，例如：阻力、升力、俯仰力矩等参数。（2）分析了short-base模型在不同马赫数以及不同攻角条件下降落的阻力系数，发现在超声速条件下，阻力系数随着马赫数的增大而减小。这一结果符合阻力特性规律。（3）随着攻角的增大，不同马赫数在某一攻角下的阻力系数之间的差距逐渐增大。（4）通过比较三组模型相同初始条件下的阻力系数（待插入），发

6、现no-base模型RTC结构的阻力系数要大于short-base以及long-base模型相应的阻力系数。因此可以推断，仪器舱能够对刚性张力锥形IAD的气动特性产生影响。关键词：充气式；减速器；气动特性；阻力特性I北京理工大学硕士学位论文AbstractInflatableaerodynamicdecelerator(IAD)representsanewsuiteofdeceleratortechnologiesthatcanprovideasizeableincreaseinlandedmass,withthecharacteris

7、ticsoflargeresistanceandeffectiveload,tomeetthequalityofthedetectorfromthehighMahernumberquicklysloweddownandlandedsafely.Theresearchshowsthatthepneumaticreducercanimprovetheeffectiveloadofabout80%comparedwiththedisc-seambeltbevelreducer.Inaddition,Inflatableaerodynamicd

8、eceleratorshouldbereducedasmuchaspossiblethedesignrequirementsofthermalprotectionsystem.Spacecraftatasu