[发明专利]一种轴对称钝头体返回器

说明书

技术领域

本发明涉及一种返回器气动布局，能够适用于亚声速、跨声速、超声速及高超声速再入飞行。

背景技术

载人登月返回器返回地面时，需要以第二宇宙速度再入飞行，和第一宇宙速度载人再入飞行相比难度更大，因此对返回器(一般采用轴对称钝头体外形)气动特性的要求更高。我国的“神舟”载人飞船返回器已成功实现了第一宇宙速度的载人再入飞行，但是这种返回器气动外形并不能满足第二宇宙速度载人再入的要求，其中一个重要的原因是升阻比偏低。第二宇宙速度载人再入一般要求返回器的升阻比在0.30以上，而“神舟”返回器的升阻比只有0.25左右。升阻比较高的返回器外形，如Apollo，往往存在非单点稳定的问题，即在0°～180°攻角范围内存在两个或两个以上的静稳定配平点。假如返回器在再入过程中以非设计配平攻角飞行，那么热防护系统不能提供足够保护，其后果将是灾难性的。Apollo采用了一套备用的反作用力控制系统(RCS)来确保在主控制系统失效的情况下仍能够控制返回器的飞行姿态。但是在控制系统全部失效的情形下，返回器的飞行安全很难得到保证。而对于单点稳定的返回器外形，如“神舟”，即使控制系统失效，返回器在飞行姿态偏离设计点的情况下能够自动回到唯一的静稳定配平设计点。

如图1所示，“神舟”返回器外形设计是通过在后体增加一对稳定耳片来实现单点稳定的，如果去掉这两个耳片，“神舟”返回器外形是非单点稳定的。但是这种耳片设计对于改善返回器单点稳定特性的效率比较有限，如果增大“神舟”返回器外形的后体倒锥角以提高其升阻比来满足第二宇宙速度载人再入飞行的要求，那么采用同样的耳片设计并不能使新外形实现单点稳定。

因此，如何能够获得升阻比较高，同时又具有单点稳定特性的返回器外形，是载人登月返回器气动布局设计的一个技术难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种升阻比较高，同时又具有单点稳定特性的轴对称钝头体返回器。

本发明的技术方案是：一种轴对称钝头体返回器，包括一个舱体、一个耳片、以及两个边条；所述舱体为轴对称钝头体，依次由头部、倒圆、后体、球面过渡体和尾部组成；所述头部为球冠形状，所述头部通过倒圆过渡至后体，后体为锥面形状；所述尾部为锥体或柱体，后体与尾部之间通过球面过渡体连接；所述耳片安装在所述球面过渡体的迎风面的中央，两个边条分别位于舱体的左右两侧。

边条的外缘形状为直线或曲线。

耳片与舱体连接处的厚度比耳片后缘的厚度大。

耳片与舱体连接处的宽度比后缘的宽度小。

耳片上下表面均为弧面，耳片一端安装在靠近球面过渡体的底部附近，耳片另一端延伸至与舱体的底部平齐。

本发明与现有技术相比的优点如下：

(1)本发明采用在两侧安装边条和在后体与尾部连接的部分安装单个耳片的设计，其中边条能够改变亚声速时返回器背风面的流场结构，降低使得返回器不稳定的俯仰力矩，耳片能够产生有利于返回器稳定的俯仰力矩。与现有的双耳片设计相比，对返回器单点稳定特性的改善作用大大提高。

(2)本发明的返回器的升阻比可以达到0.30以上；能够同时解决载人登月再入对返回器升阻比和单点稳定性的需求问题，而现有技术不能。

(3)本发明结构简单，容易实现。

附图说明

图1为现有的双耳片外形的返回器的三维示意图。

图2为本发明的返回器舱体外形图。

图3为本发明的返回器三维外形图。

图4a-图4c为不同形状、尺寸的边条外形示意图。

图5为第一种耳片结构示意图，其中图5a为侧视图、图5b为俯视图。

图6为第二种耳片结构示意图，其中图6a为侧视图、图6b为俯视图。

图7为第三种耳片结构示意图，其中图7a为侧视图、图7b为俯视图。

图8为舱体外形、双耳片外形以及本发明外形单点稳定特性的比较图。

图9为舱体外形、双耳片外形以及本发明外形升阻比特性的比较图。

具体实施方式

下面结合实例，说明本发明的具体实施方式。

如图3所示，本发明的轴对称钝头体返回器包括一个舱体1、一个耳片2、以及两个边条3。所述耳片2安装在舱体1的球面过渡体的迎风面的中央，两个边条3分别位于舱体1的左右两侧。

下面对每个部件的设计方法进行介绍：