反推发动机失效模式对返回舱着陆姿态的影响分析

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1、V01．22No．1航天器工程第22卷第1期82SPACECRAFTENGINEERING2013年2月反推发动机失效模式对返回舱着陆姿态的影响分析刘敏1(1中国空间技术研究院载人航天总体部，北京荣伟2100094)(2北京空间机电研究所，北京100076)摘要以稳定下降阶段的降落伞一返回舱系统的动力学模型为基础，针对反推发动机不同的失效模式，建立了4种返回舱反推力模型，通过计算获知了4种返回舱着陆角和速度的变化情况，计算结果可为反推发动机失效情况下被动缓冲装置的设计输入提供参考，同时也可为返回

2、舱着陆安全性评估和制定故障预案提供一定的参考。关键词反推发动机；失效；返回舱；着陆姿态中圈分类号：V525文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．01．016AnalysisofRetro-rocketInactivationEffectonReturnCapsuleLandingAttitudeI。IUMinlRONGWei2(1InstituteofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTec

3、hnology，Beijing100094，China)(2BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)Abstract：AimedatthedifferentinactivationpatternsOfretro-rocket，thepaperestablishesfourcounterthrustmodelswhicharebasedondynamicsmodelofmainparachute-return

4、capsulesystemindescending-steadyphaseandobtainsfourcasesaboutthelandingangleandvelocity．Thecalculationresultcanpro—videreferencefordesign-inputofpassivedecelerationdevice，andmeanwhileprovidecertainreferenceforevaluatingreturncapsulelandingsafetyandfo

5、rmulatingpreliminaryrestorationschemes．Keywords：retro—rocketIinactivation；returncapsule；landingattitude1引言为降低返回舱的着陆速度，采用4台反推发动机作为主动缓冲装置。正常情况下，返回舱乘主伞下降，当下降到距地面特定高度时，由y射线式高度控制装置控制4台反推发动机同时点火，使得返回舱的着陆速度降低到允许的范围之内[1一]。故障情况下，4台反推发动机中出现1～4台失效，将导致返回舱的着陆姿态(着

6、陆速度、着陆角)发生较大的改变，进而影响返回舱的着陆安全。为确定反推发动机失效模式对返回舱着陆姿态的影响情况，本文以稳定下降阶段的伞一舱系统的动力学模型为基础，针对4台反推发动机的4种失效模式，分别计算了返回舱着陆姿态和速度的变化情况，计算结果可为返回舱着陆安全性评估和制定故障预案提供一定的参考。2反推发动机布局形式4台相同的反推发动机呈均匀分布形式安装在返回舱底部的防热罩内，其编号顺序如图1所示。收稿日期：2012—09一n；修回日期：2012—12—19作者简介：刘敏(198l一)，女，X-

7、,IX师，从事载人航天器总体设计工作。Email；lmsuccess@lore．tom。第1期刘敏等：反推发动机失效模式对返回舱着陆姿态的影响分析83单台发动机推力F(作用点为发动机安装位置中心点A)与返回舱中心轴线(纵轴)相交于0点，夹角为a，如图2所示。图1、图2中03为舱体坐标系的原点(位于回收系统工作之前返回舱的质心位置)，0。X。平行于返回舱纵轴，0。y。与03X。位于纵向平面内，03Z3垂直于该平面指向主伞舱一侧。F。、F，、F：分别为沿三轴方向的分力；0：、07分别为0。、O在大底

8、平面上的投影；L为O。至大底平面的距离；L，、L：分别为A至Ⅱ一Ⅳ象限线、工一Ⅲ象限线的距离；L。为O：至Ⅱ一Ⅳ象限线的距离。Ⅳr‘‘Ⅲ厂、＼／、、／2×／v,3，，p＼＼毛一7冷IcY％’’TX7歹叼1。妙／／j、≮I图1反推发动机平面布局示意图Fig．1Planlayoutofretrorocket图2反推发动机立体布局示意图Fig．2StereoLayoutofretrorocket返回舱动力学模型的建立稳定下降阶段返回舱与张满状态的降落伞通过伞一舱之间的约束系统，组成了一个多刚体系统。通