用于单级入轨的三组元发动机参数优化

针对可重复使用的天地往返运载器运载任务，以三组元发动机的性能计算，分析为基础，以运载器的结构干质量为优化目标，对三组元发动机参数进行了优化分析。得到了对应于最小运载器干质量下的发动机最佳参数与发动机最佳模式转换时间，为将来的发动机详细设计打下基础。     

霍托尔空天飞机近况

载人航天飞行始于本世纪六十年代,那时,英国的工业部门也制定了许多方案,但都只是“纸上谈兵”。最近两年来,英国宇航动力公司、空间和通信公司制定了研制一种单级、不载人、可重复使用运载器的计划,它不仅是创造性的航天运载器,而且可获得较好的飞行效果。最终,这种航天运载器将改成能把宇航员和乘客送入轨道的运输器。这种运载器被命名为“HOTOL”,即:水平起落式空天飞机。人们预测,用这种空天飞机发射卫星比使用美国的航天飞机     

串联与并联推进多级运载火箭线性化质量方程

推进系统的改变会影响运载器系统性能,这时要重新安排运载器系统,使其保持在最佳状态来完成空间任务.采用类似于〔1〕的线性化质量模型,分析推导了一次性使用多级运载火箭的串联与并联推进运载器的质量方程,并运用质量方程,对推进剂非交叉供应的并联推进运载器进行了分析,求出了系统设计参数对起飞质量的影响.     

垂直着陆过程推进剂流动行为特性及影响分析

可回收技术是实现运载火箭可重复使用的关键技术之一,采用垂直着陆的方式实现子级回收是当前研究的热点和难点,而运载火箭在起飞和垂直着陆过程中,对贮箱内推进剂的管理有较高的要求。首先调研分析了运载火箭回收技术的国内外研究现状及趋势,然后采用Flow 3D数值模拟的方法,研究了运载器垂直着陆过程中,贮箱内推进剂的流动行为特性;并对部分发动机在关机时刻的横向过载与轴向过载变化对箱内推进剂流体行为特性的影响进行了研究分析。结果表明:轴向过载变化一定的情况下,箱内推进剂的晃动幅值与横向干扰幅值相关,并且在部分发动机关机或其他轴向力突然减小的情况下,推进剂晃幅会被大幅放大,建议运载器在垂直起降过程中尽量保证飞行姿态,避免出现大幅横向干扰。     

单级入轨运载器推进系统方案分析

选择了九种双组元和三组元发动机系统方案,计算了各种方案发动机的性能和质量。当单级入轨运载器主推进系统由这些发动机组成时,计算和分析了推进系统的组成方式对运载器干质量的影响。计算结果表明,当推进系统全部由三组元发动机组成时,运载器干质量最小。     

水平起降两级入轨系统的质量估算方法及应用

针对近地轨道运输任务,考虑不同飞行阶段的推阻特性差异和不同发动机模态的比冲变化,提出了适用于水平起降两级入轨（TSTO,Two Stage To Orbit）天地往返运输系统的质量估算方法.以8 t有效载荷为任务需求,对比研究了涡轮基组合循环动力-可重复使用火箭（TBCC-RR,Turbine Based Combined Cycle-Reusable Rocket）、火箭基组合循环动力-可重复使用火箭（RBCC-RR,Rocket Based Combined Cycle-Reusable Rocket）和可重复使用火箭-可重复使用火箭（RR-RR,Reusable Rocket-Reusable Rocket）方案,分析了级间分离点、一级飞行器推阻比和一级飞行器结构质量分数等参数对设计结果的影响.研究结果表明,级间分离点设计对TSTO总体方案影响很大,若使用RBCC型飞行器作为第1级,建议在超燃冲压模态后即进行两级分离;TBCC-RR方案比RBCC-RR方案起飞总质量更小,但RBCC-RR方案一级飞行器结构质量更小;减小TSTO系统起飞总质量的最有效途径是减小飞行器的结构质量分数,其次是提高飞行器的推阻比.      

基于STM32的可重复使用运载器闭环仿真系统

针对验证可重复使用运载器关键控制技术的需求,提出了一套基于STM32的可重复使用运载器闭环仿真系统。基于该套平台,对系统的总体方案、硬件平台设计、软件开发及设计进行了重点论述,实现了箭上测量单元、计算机单元、执行单元及地面测发控单元的模拟。通过仿真试验验证,完成了可重复使用运载器制导、导航及姿控算法等关键控制技术的验证。结果表明：所开发的闭环仿真系统设计合理,系统实时性好,可靠性高。可为可重复使用运载器大型试验奠定基础,缩短研制周期。     

可复用运载器:探索,一直在路上

2021年12月,法国政府宣布,一定要研制可重复使用火箭,弥补"十年前的错误",并且打算在2026年投入使用.这意味着可重复使用运载器的市场竞争将进一步白热化.可重复使用运载器的研制目的,是大幅度降低航天发射成本,提高发射频率.对于这项技术的探索,从很早以前就开始了.但航天飞机的失败让很多发射服务商心有余悸,直到猎鹰9...     

“超重-星箭”的“猛禽”发动机

<正>“强结构、弱动力”是猎鹰-9 (Falcon-9)火箭的印记,“弱结构,强动力”则是“超重-星舰”(Superheavy Starship)的标志。“超重-星舰”的箭体结构并不出色,它的厉害之处实际上是“猛禽”(Raptor)全流量液氧甲烷火箭发动机。“猛禽”发动机被国外评为了目前世界上发动机的性能之王,它是世界上第一款实用化飞行的全流量分级燃烧火箭发动机。1 “超重-星舰”介绍“超重-星舰”是目前世界上最强的运载飞行器,为两级完全可重复使用运载器。     

满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法研究

某些空间载荷会对入轨精度和入轨姿态同时提出很高的要求,应用于运载火箭控制系统的摄动制导方法的入轨精度无法满足要求,而传统的迭代制导方法无法约束终端的入轨姿态。为此提出了一种满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法,该方法通过二次曲线形式规划整个真空段的飞行制导程序角,实时满足位置、速度与终端姿态约束,从而可以使得火箭以期望姿态角实现高精度入轨。算例结果表明,该方法能同时保证高精度的入轨指标和入轨姿态,并能适应偏差状态、约束姿态角变化与轨道根数小幅变化,具有较高的工程应用价值。     

航天发射用磁悬浮助推发射系统概念研究

针对日益增加的航天发射成本问题和安全、可靠、低成本航天发射方式的需求,阐述了磁悬浮助推发射概念及其优越性.初步分析了磁悬浮助推发射系统组成及各分系统功能.通过比较电磁悬浮(EMS)和超导电动(EDS)两种磁悬浮系统性能,结果表明EDS是更适合于磁悬浮助推发射的磁悬浮系统方案.通过助推发射能量需求初步分析,直线电机加速能量供给系统是难题之一,需要重点解决.采用飞行弹道分析方法,说明地面助推水平起飞单级入轨运载器方案的可行性及特点.与其它航天助推发射方式比较,磁悬浮助推发射在提高入轨载荷和降低发射成本方面具有优势.     

航天器入轨误差分析

由于发射时熄火点产生的误差,需要有一种误差分析以便确定运载火箭的制导精度。本文介绍了飞行路径上的小误差对航天器轨道的影响,接着讨论了确定制导精度的方法并给出了圆轨道的简化公式。     

探空火箭定时定点入轨的一种制导控制规律

针对特定探测天体,给出了特殊用途的探空火箭与其实现空间交会的时刻与地点的计算方法.根据特定天体的运行轨道,发射前算出标称交会飞行轨道,装订在箭载计算机内.火箭发射后,利用箭载惯性导航系统确定自身当前的位置与速度,比对标称飞行轨道参数得出飞行偏差,通过控制火箭推力偏斜调整飞行轨道,使探空火箭在交会时刻到达交会点,并在交会时刻相对与惯性空间的速度为0.定义了研究所用的各种坐标系,建立了火箭飞行动力学方程.研究了标称飞行轨道最优交会点选取,交会时间与发射时间计算等问题.给出了发射后动力飞行段的制导控制规律,核心思想是将控制信号分解为时间控制、当地水平面上的海拔高度控制、南北控制与东西控制,通过设置偏置量减小关机后轨道摄动因素引起的漂移.利用计算机数值仿真验证了这种制导控制规律的可行性.     

低Re对某小型涡扇发动机性能影响

低雷诺数问题是影响高空长航时无人驾驶飞机的动力装置性能的关键因素之一.定量分析了低雷诺数效应对某小型大涵道比涡扇发动机性能的影响.当雷诺数减小到一定程度后,各部件的性能将发生改变.在发动机整机环境下,增压级和低压涡轮的进口叶弦雷诺数相对更低,受飞行高度和速度的影响也更大.在发动机共同工作条件的作用下,各部件的匹配关系将发生变化,除部件效率的降低以外,部件流通能力的衰减也引起发动机性能的降低.涡轮前温度的限制将使发动机转子转速下降,低雷诺数效应加剧,从而导致发动机性能的进一步降低,推力迅速减小,但发动机涵道比的增加可以减小因部件性能衰退引起的耗油率上升的趋势.     

固体运载火箭变轨发动机喷管气流分离研究

固体运载火箭变轨发动机喷管在工作过程中可能产生气流分离问题,为研究气流分离对喷管性能的影响,开展了理论计算与数值模拟分析。通过分析获得了气流分离点位置、推力系数、喷管壁面的压强、对流换热系数、温度分布。结果表明:地面推力系数是真空推力系数的73.3%,喷管气流分离影响了发动机能量转换;气流分离后喷管壁面压强、对流换热系数、温度存在跃变现象,从而会对喷管扩张段产生不利影响。该分析为进一步研究固体火箭发动机高空喷管通过地面试验性能预示高空性能及喷管扩张段热防护设计提供参考。     

一种基于火箭视位置与视速度的航天器初轨确定方法

为了充分利用航天器初始轨道确定的信息源,不断完善地面测控系统定轨手段和方法,提出了一种基于火箭视位置与视速度的航天器初始轨道确定方法.首先对火箭视位置与视速度测量弹道的原理进行了分析;然后利用火箭秒节点计算机字(视速度)以及某一点的初始弹道(初始位置矢量、速度矢量),通过对火箭的运动方程进行逐秒积分,以获得每秒的位置矢量和速度矢量,再转换为弹道数据,并利用此数据直接确定航天器初始轨道.最后通过某太阳同步轨道卫星实测数据仿真计算,证明了方法的正确性和可靠性.      

精确动力学模型下的火星探测轨道设计

首先在二体意义下采用粒子群优化算法（PSO）求解Lambert问题,确定发射窗口和二体地火转移轨道。使用圆锥曲线拼接法设计地心停泊轨道、逃逸轨道,并作为轨道精确设计的初值,以建立在火星的B平面参数和地火转移时间为约束,在精确动力学模型下进行微分迭代修正,最终得到满足约束的精确轨道。将设计轨道在STK软件中仿真,结果吻合。