返回器稀薄区气动特性工程计算方法的应用研究

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1、航天返回与遥感第35卷第1期6SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年2月返回器稀薄区气动特性工程计算方法的应用研究赵波黄飞程晓丽（中国航天空气动力技术研究院，北京100074）摘要中国航天返回器再入过程采用非弹道式再入轨道，其高空稀薄区滞留时间显著增长，稀薄效应对再入飞行的影响显著增强，因此快速而准确地预测返回器稀薄区气动特性变得非常重要。文章分析归纳了多种稀薄区气动特性工程计算方法即桥函数方法的发展和应用，并以Stardust返回舱为对象，对比分析了三种不同桥函数的预测精度，给出了在航天返回器气动预测中更为合适的工程方法。结果显示：不同桥

2、函数预测结果差别很大；在不同攻角下，与数值模拟的对比分析表明，局部桥函数方法气动特性预测结果基本优于其它桥函数，尤其是在力矩系数预测上。因此稀薄区气动特性的预测采用局部桥函数较为合适。关键词稀薄区气动特性工程方法航天返回中图分类号:O356文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)01-0006-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.01.002UtilizationofEngineeringCalculationMethodforTransitionalRegimeAerodynamicsZHAOBoHUANGFeiCHENGX

3、iaoli（ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics,Beijing100074,China）AbstractDuringthechinesespacecraftnon-ballisticreentryprocess,therarefiedregimeresidencetimeincreasessignificantly,andtheeffectsofrarefiedgaseffectonreentrysignificantlyareenhanced,sofastandaccuratepredictionoflow-densityaerodyna

4、miccharacteristicsbecomesimportant.Thepresentpaperlaborsdevelopmentandutilizationofmanyengineeringcalculationmethods,eg.thebridgingfunctionmethods,foraerodynamiccharacteristicsintransitionregime,comparescomputingprecisionsofthreedifferentbridgingmethodsusingtheStardustreturncapsuledata,andg

5、ivesthemostappropriatedengineeringmethodforreturncapsuleinlowdensityregime.Theresultsshowthattheaerodynamiccharacteristicsobtainedbydifferentbridgingfunctionmethodshaveremarkablediscrepancy,andcomparingwiththeDirectSimulationMonteCarlodata,thelocalbridgingfunctionisthebestengineeringmethodf

6、orforecastingtransitionalregimeaero-dynamics,especiallyformomentcoefficients.Keywordstransitionalregime;aerodynamics;engineeringmethod;spacecraftrecovery0引言我国返回器再入过程选择跳跃式轨道，高空滞留时间明显增长，再入的1000多秒的时间内，80km以上的高空再入时间长达700s左右，这使得高空稀薄气体效应的影响变得显著起来，稀薄效应对返回器气动性能的影响对于安全返回变得很重要。因此，在实际工程应用中，寻找一种合适的工程方法

7、对于快收稿日期：2013-10-14第1期赵波等:返回器稀薄区气动特性工程计算方法的应用研究7[1-4]速、准确地预测稀薄区气动特性甚为必要。工程上高空稀薄效应的研究，以美俄研究最为深入，如美国航天局兰利研究中心对“阿波罗六号”返回器细致地研究了其高超声速稀薄气体条件下的气动特性。已有的研究表明，稀薄效应对返回器的升力及升阻比系数影响显著；稀薄效应对纵向压心位置及静稳定性的影响也非常显著。相对比来说，国内稀薄工程技术的发展相对滞后，体现在高空稀薄区快速预测方法的准确性以及气体与物面的作用模型与满足实际需