高空飞行环境中液体运载火箭底部热环境研究

采用数值模拟和飞行测试验证相结合的方法对液体运载火箭高空对流/辐射耦合换热问题开展系统深入研究。基于燃气多组分输运Navier-Stokes方程、热辐射方程、Realizable k-ε两方程湍流模型，建立了高空含自由流的运载火箭燃气喷流流动模型。辐射模型采用离散坐标法(DOM)，空间离散采用二阶迎风TVD格式，对多个典型飞行高度火箭底部热流进行大型并行计算，将数值结果与试验数据进行广泛对比，验证了计算模型的精度和有效性。数值研究表明，火箭底部辐射热流在刚起飞阶段达到最大值，随着飞行高度上升，辐射热流逐渐降低，火箭底部对流热流表现为先升高后降低的趋势，并在20 km高空达到峰值。本文的预测分析方法对液体运载火箭底部热防护设计具有重要的理论意义和工程应用价值。     

基于产业思维的航天发射服务研究

首先从核心驱动出发提出航天发展三阶段第一推动力,从产业要素出发分析航天产业进阶的市场、技术和产业政策三要素。而后从价值链出发研究航天产业产值分布和产业整合策略。最后分析了新兴航天发射服务公司的模式、产品和技术,为我国航天发射服务提供参考。     

挠性充液航天器超近程逼近段动力学建模与控制

超近程逼近过程中,服务航天器为刚柔液耦合的复杂系统,单摆等液体晃动模型不再适用,对这种工况下的航天器进行了动力学建模与控制的研究。采用虚功率原理推导了一种新的适用于三轴推力作用下的液体晃动等效模型,通过引入相对位置导引矢量与相对位置误差矢量,建立了相对轨道误差动力学模型,结合相对姿态动力学模型,得到超近程逼近段的刚柔液耦合的相对轨道姿态动力学模型。针对模型存在的不确定性和未知干扰,设计了基于滑模估计器的相对姿轨耦合控制律。通过数学仿真验证了控制律的有效性,仿真中的晃动结果与Flow-3D结果能够吻合,验证了晃动模型的合理性。     

载人登月飞行模式研究

针对载人登月任务,基于近地月之间交会对接点和火箭发射次数,将载人登月初步归纳出七种飞行模式,并从飞行模式、飞行模块质量、系统可靠性等方面详细分析各种登月飞行模式的优缺点,得出了较优的登月模式。根据我国的航天运输系统发展,提出了有限规模和大规模载人登月模式,给出了我国载人登月工程的发展建议。
     

星舰气动性能及任务特性仿真分析

通过对星舰的总体参数和气动布局进行反演建模，采用数值仿真方法，分析星舰的气动布局特点、前后翼面操纵控制策略、典型载人登月任务推演等。结果表明:星舰再入返回采用低质阻比有翼锥柱体外形设计，与传统航天飞机的返回方式不同，再入时末端速度较低，前后翼面在小、大攻角下均能实现对舰体姿态的有效控制，采用创新性的气动翼面和发动机反推组合控制技术，充分利用气动减速，实现舰体平躺再入返回和垂直降落的回收模式。经分析可知，星舰载人登月任务需发射在轨补给星舰次数偏多;采用轨道式投送方案时，星舰具备实现全球1 h快速抵达任务能力。     

运载火箭演进及智能技术展望

运载火箭是进入空间的主要运输工具，决定着一个国家进入、利用和控制空间的能力。首先，总结了国外运载火箭的演进历史，提出了传统升级和创新发展两种演进模式。其次，根据运载火箭演进规律提出了评估指标——面推比。以此指标能够引领运载火箭向合理的方向演进。然后，回顾了中国长征系列运载火箭的演进历程，根据面推比提出了产品后续优化的方向。最后，展望了运载火箭智能技术，指出未来我国运载火箭应从运输工具向重复使用的智能运输平台迈进。