改善返回舱气动稳定特性数值计算研究.pdf

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1、航天返回与遥感第35卷第2期6SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年4月改善返回舱气动稳定特性数值计算研究陈冰雁詹慧玲周伟江刘周（中国航天空气动力技术研究院，北京100074）摘要和第一宇宙速度载人再入飞行相比，以第二宇宙速度载人再入飞行对返回器的升阻比要求较高。文章给出了一种升阻比能够满足第二宇宙速度再入需求的返回器基本外形，分析了基本外形的气动性能以及质心位置对气动稳定特性的影响，结果表明基本外形在高超声速和亚声速下均存在第二静稳定配平点的问题。为了改善基

2、本外形的气动稳定特性，文章提出了多种改进外形设计，包括增加稳定耳片、改变尾部外形设计等。通过数值模拟对这些改进外形的气动稳定性进行了分析，结果表明这些改进设计对于改善返回器的单点稳定特性是有效的。通过对流场特性的详细分析，对改进气动设计改善返回器稳定特性的机理进行了揭示和阐释。关键词再入气动布局稳定特性数值计算载人航天返回器中图分类号:V411.4文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)02-0006-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.02.0

3、02NumericalInvestigationofImprovingAerodynamicStabilityCharacteristicsofaReentryCapsuleCHENBingyanZHANHuilingZHOUWeijiangLIUZhou（ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics,Beijing100074,China）AbstractTherequirementfortheL/Dofacapsuleconfigurationformannedre

4、entryatthesecondcosmicspeedisrelativelyhighcomparingtothatofreentryflightatthefirstcosmicspeed.AreentrycapsuleconfigurationwithhighL/Disproposedinthiswork.Thebasicconfigurationofthecapsuleisfoundtohaveasecondarystaticallystabletrimpoint,whichishighly

5、undesirablesinceitwouldcausedisastrousresultoncethevehiclefliesatthesecondarytrimpointduringre-entry.Inordertoimprovetheaerodynamicstabilitycharacteristicsinreasonablecenterofgravityrange,aseriesofprotuberancedesignsaddedtothebasicconfigurationhavebe

6、eninvestigated.Thenumericalsimulationresultsindicatethatthesedesignsarealleffectiveinreducingthestrengthoftheundesirabletrimconditionwithreasonablelocationofcenterofgravity.Themechanismoftheimprovementinaerodynamicstabilitycharacteristicsisrevealedby

7、analyzingtheflowfieldindetail.Keywordsreentry;aerodynamicconfiguration;stabilitycharacteristics;numericalsimulation;mannedreentrycapsule0引言和第一宇宙速度载人再入飞行相比，以第二宇宙速度再入飞行所面临的难度更大，对返回器（一般收稿日期：2013-06-25基金项目：国家自然科学基金（90916001）第2期陈冰雁等:改善返回舱气动稳定特性数值计算研究7采用轴对

8、称钝头体外形）气动特性的要求更高。近地轨道载人飞船返回舱（如“联盟号”）能够成功实现第一宇宙速度的载人再入飞行，但是对于月球返回或星际返回的载人任务，这种返回舱气动外形由于升阻比比较低，难以满足第二宇宙速度载人再入飞行对最大过载限制和纵横向机动能力的要求。美国实施“阿波罗”计划时曾论证过，载人登月任务对返回舱升阻比的最低要求是0.25，设计升阻比在0.3~0.4之[1]间。“联盟号”返回舱的升阻比不能满足这样的设计要求。“阿波罗”飞船返回舱虽然升阻比比较高，但是存在非单点稳定的问题，即在0°~–