火星探测着陆器气动布局研究

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1、第２１卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．４２０１５年７月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＪｕｌ．２０１５火星探测着陆器气动布局研究杨肖峰，唐伟，桂业伟，肖光明，冯毅（中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，绵阳６２１０００）摘要：火星探测活动是当前深空探测领域发展的热点，火星探测着陆器进入过程的气动布局问题是火星探测器设计的关键之一。根据国外火星探测器气动布局及地球轨道再入返回舱气动布局，从大气环境和布局形式两个方面出发研究火星探测器的主要气动特点，基于工程算法讨论了探测器所处大气环境及其布局形

2、式对其高超声速升阻特性、配平特性及静稳定性的影响规律。大气环境分析表明，在高超声速进入条件下，火星大气热力学性质的改变，会改变高超声速气动力的大小和分布，会增加探测器的升阻力系数，对探测器的升阻比和配平特性影响很小，略提高飞行静稳定性。布局形式分析认为，球锥布局的防热大底较球冠布局具有更大的气动阻力，有利于着陆器减速，且较小的法向偏移量可实现足够的配平需求；球锥布局俯仰静稳定度对轴向的敏感度较低，也是探测器从气动考虑选用球锥布局的原因。相关研究结论可为火星探测着陆器的气动布局设计提供理论参考和技术支持。

3、关键词：火星探测器；气动布局；大气环境；球锥；球冠中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１５）０４-０４１２-０６StudyonAerodynamicConfigurationofMarsProbeＹＡＮＧＸｉａｏｆｅｎｇ，ＴＡＮＧＷｅｉ，ＧＵＩＹｅｗｅｉ，ＸＩＡＯＧｕａｎｇｍｉｎｇ，ＦＥＮＧＹｉ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，Ｍｉａｎｙａｎｇ

4、６２１０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｈｅＭａｒｓｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｏｎｉｓａｈｏｔｓｐｏｔｉｎｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍ-ｉｃｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｉｓｓｕｅｓｆｏｒＭａｒｓｐｒｏｂｅｄｅｓｉｇｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｅｐｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ-ｉｎｇｏｆｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｂｏｔｈＭａｒｓｐｒｏｂｅａｎｄＥａｒｔｈｒｅｔｕｒｎｃａｐｓｕｌｅ，ｔｈｅｍａｉ

5、ｎａｅｒｏｄｙ-ｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭａｒｓｐｒｏｂｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｎｔｈｅｈｙ-ｐｅｒｓｏｎｉｃｌｉｆｔａｎｄｄｒａｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｒｉｍｍｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｓｔａｔｉｃｓｔａｂｉｌ

6、ｉｔｙｗｅｒｅｔｈｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｍａｙａｌｔｅｒｇａｓｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＦｏｒｔｈｅＭａｒｔｉａｎｇａｓ，ｂｏｔｈｔｈｅｌｉｆｔａｎｄｄｒａｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｕｓｔｈｅｌｉｆｔ-ｔｏ-ｄｒａｇｒａｔｉｏａｎｄｔｒｉｍｍｉｎｇｃ

7、ｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｈｅｌｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｅｘｉｔｅｄｍｕｃｈｓｔａｂｌｅｄｏｍａｉｎｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｉｒ．Ｆｏｒｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ，ｔｈｅｓｐｈｅｒｅ-ｃｏｎｉｃｈｅａｔｓｈｉｅｌｄｗｉｌｌｍａｋｅｂｉｇｇｅｒｄｒａｇｆｏｒｃｅｔｈａｎｔｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｏｎｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｄｅｓｃｅｎｄ-ｉｎｇｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ａｓｍａｌｌｒａｄｉａｌｏｆｆｓｅｔｗｉｌｌｍｅｅｔｔｈｅｔｒｉｍｍｉｎｇｒｅ

8、ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｇｉｖｅｎａｎ-ｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋａｎｄｔｈｅｓｐｈｅｒｅ-ｃｏｎｉｃｃａｐｓｕｌｅｉｓｎｏｔｓｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｏｒｓｔａｔｉｃｐｉｔｃｈｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅａｘｉａｌｄｉ-ｒｅｃｔｉｏｎ，ｂｏｔｈｏｆｗｈｉｃｈａｒｅｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｗｈｙｔｏｕｓｅｔｈｅｓｐｈｅｒｅ-ｃｏｎｉｃｈｅａｔｓｈｉｅｌｄｉｎｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｍｉｓ-ｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｐｒｅｄｉｃ