典型再入返回器气动特性对比与改进研究

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1、第34卷第6期航天返回与遥感2013年12月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING11典型再入返回器气动特性对比与改进研究詹慧玲陈冰雁刘周周伟江（中国航天空气动力技术研究院，北京100074）摘要返回器气动特性研究对宇宙飞船的研制起着先导和制约作用。文章对Apollo、CEV和类Soyuz这3种典型的轴对称钝头体再入返回器气动布局进行了气动特性的对比分析，发现与Apollo、CEV相比，类Soyuz外形的升阻比偏小，无法满足以第二宇宙速度载人空间再入返回的要求。在此基础上研究了

2、几何参数（包括倒锥角和球冠半径）变化对类Soyuz外形返回器气动性能的影响规律，从中得到类Soyuz外形的改进方向，提出了一种以类Soyuz外形为基础的改进设计外形，并对该外形的升阻特性、稳定性和配平特性等相关气动特性进行了分析。研究表明通过对几何外形参数的调整优化来提高类Soyuz外形的升阻比，从而达到以第二宇宙速度再入返回的升阻比要求，这样的技术途径是可行的。关键词再入返回器气动布局气动特性数值计算中图分类号:V411.4文献标志码:A文章编号:1009-8518(2013)06-0011-10DO

3、I:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.06.002ComparativeStudyandImprovementDesignonAerodynamicCharac-teristicsofTypicalReentryCapsulesZHANHuilingCHENBingyanLIUZhouZHOUWeijiang(ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics,Beijing100074,China)AbstractTheaerodynamiccharact

4、eristicsinvestigationofreentrycapsuleplaysanimportantroleinthedesignofspacecraft.ComparativeanalysisoftheaerodynamicsbetweenSoyuzandApollo/CEVconfigurationsisaccomplishedinthispaper.Thelift-to-dragratioofSoyuzwhichislowerthanthatofApollo/CEVcannotmeetthe

5、requirementofmannedcapsulereentryatsecondcosmicvelocityfromspace.Theinfluenceofgeo-metricparameters,includingafter-bodyangleandheatshieldradius,ontheaerodynamiccharacteristicsofSoyuzconfigurationisanalyzed.Andamodifiedconfigurationissuggestedonthebasisof

6、Soyuz.Theaerody-namiccharacteristicsofthemodifiedconfigurationareanalyzed,includinglift-to-dragratio,stability,andtrimcharacteristics.TheresultsshowthatadjustingandoptimizingthegeometricparametersofSoyuzre-entrycapsuleisafeasiblewayfordesigningacapsuleco

7、nfigurationtomeetthehighlift-to-dragratiorequirementofmannedcapsulereentryatsecondcosmicvelocity.Keywordsreentrycapsule;aerodynamicconfiguration;aerodynamiccharacteristics;numericalsimulation1引言返回器以第二宇宙速度返回地面时需要穿越高空、低雷诺数的非连续流区，然后进入高超声速、超收稿日期：2013-04-22基金

8、项目：国家自然科学基金（90916001）12航天返回与遥感2013年第34卷声速、跨声速、亚声速的中低空连续流区，其间遇到的空气动力学问题很多，和第一宇宙速度载人再入飞行相比难度更大。因此返回器气动特性研究对宇宙飞船的研制起着先导和制约作用，并贯穿于飞船研[1]制和发展的全过程。迄今为止成功实现载人空间再入飞行的航天器中，绝大部分采用的是轴对称的钝头体气动布局，如俄罗斯/前苏联的“东方号”、“上升号”和“联盟号”（Soyuz），美国的Me