火星着陆器抛背罩分离体气动特性

为便于火星着陆器抛背罩安全性仿真，针对火星着陆器简化外形开展了背罩分离的定常数值计算，分析了着陆平台与背罩之间的气动效应，获得了着陆平台与背罩的轴向力系数随分离间距的变化规律。结果表明：初始分离瞬间，由于着陆平台嵌入背罩内部，它们之间的压力接近驻点压力，随着分离间距的增加，背罩与着陆平台之间的压力逐渐由接近驻点压力慢慢过渡到接近底部绕流压力，至分离间距为0.1倍大底直径后，背罩一直处于着陆平台的底部绕流区。分离间距为0~0.06倍大底直径时，背罩的轴向力系数大于着陆平台，容易分离；分离间距为0.06~6倍大底直径时，着陆平台的轴向力系数大于背罩，存在分离后重新结合并发生碰撞的危险，且在分离间距为1倍大底直径时，着陆平台与背罩之间由于回流作用而产生的吸力达到峰值，此时发生碰撞的危险系数最大；分离间距超过6倍大底直径后，背罩的轴向力系数再次超越着陆平台，可以确保抛背罩安全分离。     

“火星科学实验室”的EDL试验验证技术及启示

介绍了美国"火星科学实验室"(Mars Science Laboratory,MSL)的进入、下降与着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)技术验证体系。该体系可分为EDL飞行动力学、EDL飞行系统和EDL子系统3部分,主要基于仿真建立,同时利用海盗号(Viking)探测器时期的试验数据。针对火星EDL技术的验证,分析了我国已掌握的EDL地面试验技术。通过对比结果表明,我国虽然在气动减速、伞减速、动力下降和着陆技术的试验验证均有良好的技术基础,但仍面临有伞充气过程环境恶劣且复杂、减速下降动作多、大底和背罩分离过程内外环境耦合等新问题。最后针对现有技术所面临的关键问题,梳理出适合我国发展的火星EDL验证体系,并提出了解决关键问题的试验验证方案,可为我国火星着陆任务EDL试验验证工作提供参考。     

火星着陆关键环节多学科交叉设计与验证

针对火星着陆任务在飞行环境、地面验证、系统间关联性等方面面临的技术挑战,根据火星着陆关键环节涉及的气动减速、降落伞减速、动力下降和着陆缓冲四个主要阶段,分别分析了大气进入方式、进入初始条件、气动外形、防热、开伞控制、大底弹射、背罩规避机动与触火关机等关键要素,并介绍了天问一号与其他典型火星着陆任务开展的多学科交叉设计过...     

火星着陆任务环境特点及影响分析

正与地球再入返回过程相比,火星着陆过程虽有一定相似性,但由于火星在大气成分、大气密度、物理性质等方面与地球存在较大差别,且具有较大不确定性,使得整个着陆过程更为复杂。目前国外已经成功实施的火星着陆任务的着陆过程划分为4个阶段(气动减速段、伞降段、动力下降段和着陆缓冲段),涉及降落伞弹射与充气展开、大底/背罩分离、着陆缓冲机构展开、微波雷达启动测量、制动发动机开机等关键环节,探测器各阶段面临快速切换,时序紧张。此外,正是由于火星与地球环境条件的差异,在地球开展全尺寸全时序飞行验证很难实现,需要用全过程仿真和关键单机/分系统的试验来达到全面验证的目标。     

火星探测器分离试验方法研究

火星探测器分离试验是火星探测器在总装测试阶段的重要试验项目之一,需要设计专门的试验系统模拟分离时的低重力环境。文章针对着陆器与环绕器分离工况中的瞬时失重问题和着陆器背罩分离工况中的非平衡系统缓冲吸能问题,提出基于拉伸弹簧组件和配重分离的解决方案,并使用模拟件进行试验,验证了所提出方法的有效性。     

大型柔性整流罩抛罩多体动力学仿真

在考虑结构弹性变形、空间大范围相对运动，以及弹性运动与刚体运动耦合的基础上，建立了运载火箭整流罩的有限元分析模型。采用MSC．NASTRAN和ADAMS软件仿真模拟了新一代大运载火箭整流罩不同设计方案的地面分离，并与试验结果进行了比较。分析表明，整流罩的多个仿真模拟分离参数与试验值较为接近，证明本文的整流罩抛罩多体动力学仿真方法有效。     

气动载荷对整流罩分离特性影响的仿真计算研究

文章利用有限元软件Abaqus中的流-固耦合分析模块CEL仿真计算了整流罩平抛分离过程,对比研究了气动载荷对整流罩分离过程的影响,并与试验进行了对比。结果表明,计算与试验结果吻合较好,分离初始时刻罩内负压所产生的气动载荷严重阻碍整流罩的正常分离,造成整流罩与内部有效载荷的碰撞干涉。仿真计算可为今后整流罩地面分离试验验证提供新的途径。     

高空发动机燃料主管路防热罩设计优化

针对火箭飞行工作中高空发动机燃料主管路系统防热罩存在热防护能力不足的问题,开展了高空羽流条件下的仿真计算和分析,依据温度计算值确定了防热罩紧固件在高温下抗拉伸强度低,在较高拧紧力矩条件下存在锌、镉脆断裂的薄弱环节,从而导致防热罩脱落。防热罩脱落后其内充填的隔热包覆材料被羽流吹落,燃料主汽蚀管连接法兰直接暴露在高温羽流环境中,高温导致法兰连接及密封失效从而产生燃料泄漏。针对防热罩热防护设计中存在的薄弱环节完成了设计改进,采用头锥形防热罩、高温合金材料的紧固件和多层耐高温隔热材料捆扎包覆等设计改进方案后,经过了高温、振动、地面发动机热试车和飞行试验验证,未出现前述故障。     

神舟飞船防热大底结构设计

简要介绍了神舟飞船返回舱上的主要防热部件——防热大底的结构设计特点。从受热、受力和结构合理布局多方考虑,确定防热大底采用大面积烧蚀层和背壁玻璃钢蜂窝夹层结构、整体玻璃钢环的复合结构形式。经过大面积烧蚀计算与温度场分析、局部突起物烧蚀计算与温度场分析、防热大底受气动外压计算分析、静力计算分析以及详细的结构设计,设计出的防热大底较联盟号防热大底轻,结构比“双子星座号”飞船的防热大底简单。经过一系列的地面试验和神舟飞船的三次成功飞行试验,防热大底设计的正确性、合理性得到了充分验证。     

防热大底外形对火星探测器气动特性的影响分析

采用基于等效比热比的数值模拟方法,研究球锥和球头两种类型的火星进入探测器防热大底形状。对于每种外形分析关键几何参数对探测器基本气动性能的影响,并比较两类防热大底形状气动特性的差异。与球头形状的防热大底布局相比,球锥形状的防热大底布局一般阻力更大,对流加热量也更大,气动稳定性裕度更小。研究结果表明,从气动性能的角度来讲,70°半锥角的球锥防热大底布局对于火星进入探测器的设计而言并非最优的选择,适当设计的球头防热大底布局能够具有更好的性能。     

天问一号探测器火星着陆自主避障技术设计与验证

针对天问一号探测器火星着陆过程多体运动及表面地形不确定性强的任务特点,提出了粗避障与伞-背罩组合体规避的协同控制策略以及激光三维配以双目立体视觉的精避障策略,介绍了障碍检测与规避系统的硬件配置、飞行过程、障碍检测与规避部分算法,并通过地面悬停避障专项试验验证了障碍检测与规避策略的有效性,可为后续火星采样返回任务和载人火...     

天问一号着陆器大底分离触发条件设计方法

针对天问一号着陆器防热大底分离触发条件确定问题,利用数学仿真的方法分析气动特性、防热大底相对着陆器姿态运动等因素对分离安全性的影响,给出可安全分离的触发条件.不同分离触发马赫数的仿真结果表明,较大分离马赫数的碰撞风险较高,但防热大底长期运动趋势由弹道系数决定,相比着陆器下降更快.根据伞降过程着陆器姿态运动及伞绳力特点,...     

天问一号着陆器EDL过程建模与仿真

针对天问一号着陆器的进入、下降与着陆(EDL)过程,考虑伞降动态特性,建立包含大底与背罩分离过程的EDL全过程高保真仿真模型.对着陆器跨越高超声速到亚声速的飞行过程,特别是伞降过程中降落伞、着陆器、大底、背罩的相互作用进行建模,建立了着陆器六自由度刚体动力学模型、降落伞-着陆器(背罩)组合体模型、大底(背罩)-着陆器组...     

CZ—4运载火箭新型卫星整流罩

介绍CZ-4运载火箭的新型卫星整流罩的研制概况。该整流罩为国内第二大罩,其特点是有效空间大,能进行温湿控制,采用多点式平行抛罩方案。现已完成了地面模拟试验。     

火星进入舱大底防热套装工艺中氰酸酯树脂与环氧胶膜相容性研究

介绍了火星进入舱大底防热套装工艺试验件在成型过程中的碳面板分层开裂现象,认为产生该现象的机理为防热套装工艺中氰酸酯树脂与环氧胶膜在高温下发生了共聚反应,并采用不同厚度的碳纤维/氰酸酯树脂蒙皮与环氧胶膜或氰酸酯胶膜的固化试验进行了机理验证,提出了后续改进措施。     

“天问一号”成功着陆火星！北京空间机电研究所研制的火星伞系减速分系统给力！

正在"天问一号"火星探测器着陆火星的过程中,北京空间机电研究所研制的、全新的伞系减速分系统正常工作、不辱使命,为着陆器顺利着陆火星发挥了关键减速作用。"天问一号"火星探测器采用目前国际普遍使用的伞降减速方式,为安全着陆火星进一步减速。但在火星降落伞系统的设计、校核、仿真分析和试验验证方面,和其他国家还有诸多不同。     

萤火一号火星探测器姿态控制分系统设计

对萤火一号(YH-1)火星探测器姿态控制分系统设计进行了研究.介绍了分系统的特点与组成、控制模式,设计了基于四元数的反馈控制律.采用的绕空间任意欧拉轴机动的控制方案可实现4π空间内的机动,且有较高的自主性,以确保探测器在轨运行的安全.地面模拟飞行试验验证了器上自主控制等措施.     

轮控小行星探测器建模及跳跃移动仿真

小行星探测器在弱引力环境下无法采用传统的轮式机构进行移动。为解决该问题,采用反作用飞轮对探测器跳跃移动进行控制,并分析了该方案的可行性。根据Hertz碰撞定律及简化的Karnopp切向摩擦力模型,建立了探测器与地面的接触力模型。分析了轮控小行星探测器的起跳过程,给出了探测器静止起跳所需要的最小飞轮力矩关系。考虑到反作用飞轮存在惯性、粘滞、摩擦等情况,建立了轮控探测器的姿态动力学模型,并对探测器在均匀重力场下的连续跳跃过程进行了控制策略设计及仿真。结果表明:基于飞轮控制的小行星探测器跳跃移动在微重力环境下是可行的,且可以通过施加合适的控制力矩维持探测器跳跃的方向及跳跃过程的稳定性。     

萤火一号火星探测器赴俄产品及地面设备运输策划与实施

根据萤火一号(YH-1)火星探测器赴俄产品及地面设备的国际运输过程特点,确定了运输方式、运输用探测器专用包装箱及地面设备集装箱设计,以及运输过程低温运输环境中的保温方案.介绍了YH-1火星探测器正样星延寿后赴俄运输实施过程.结果表明探测器及地面设备赴俄运输过程安全.     

弹簧组件对大型弹性整流罩分离动力学的影响

大型整流罩仿真分析与试验预示是国内新一代运载火箭研制过程中的关键技术。采用高精度非线性显式动力学分析方法,对某大型弹性整流罩有无导向孔的2种设计方案分别进行显式动力学分析,比较了2种方案的分离特性及罩内可用包络空间,分析了弹簧顶杆与导向孔等的接触作用对整流罩分离的影响,并结合原型整流罩地面分离试验对仿真结果进行了对比验证。计算结果表明,含导向孔的整流罩分离速度更快,呼吸变形更小,弹簧顶杆与整流罩的接触作用能有效地限制整流罩的呼吸变形。试验结果验证了数值分析结果,这对新一代运载火箭的研制具有一定参考价值。