组合动力运载器结构与热防护系统概述

随着航空航天技术的不断发展,两者之间的界限更加模糊,空天结合技术成为当今世界的研究热点.组合动力运载器是结合了航空与航天技术特点的飞行器,具有水平起降、可重复使用功能,能够在稠密大气层、临近空间、轨道空间自由往返飞行.组合动力运载器一般以组合动力发动机为动力源,主要分为单级入轨飞行器与两级入轨飞行器,具备廉价、安全、便...     

组合动力空天飞行器关键技术

针对组合动力系统的工作特征和空天飞行器的任务特点,总结组合动力空天飞行器面临的主要问题,并梳理了该类飞行器存在的主要关键技术。从气动布局、机体/推进一体化、热防护/热管理、制导、控制、地面和飞行试验等方面,详细阐述各类关键技术存在的难点,总结各类技术的发展现状,并分析给出未来可能的发展途径和方向。相关研究可指导未来组合动力空天飞行器的技术攻关。     

组合动力运载器发展与展望

随着航天运输频次的大幅提升,航天发射需求对航天运输系统的要求越来越高.本文从重复使用航天运输系统出发,着重阐述了以组合发动机为动力的重复使用运载器的发展起源,对组合动力运载器领域的国际发展格局与研究现状进行了分析,并且从技术角度出发,结合空天飞行任务需求和组合动力工作特性,分析了组合动力运载器发展所面临的技术挑战.文章...     

基于RBCC的天地往返运载器动力方案研究

基于火箭基组合循环发动机(RBCC)的结构组成、工作过程和特点,结合某吸气式重复使用天地往返运载器所提出的动力需求,分析了采用RBCC组合循环发动机作为该运载器动力方案的可行性和动力系统指标,设计并计算了RBCC组合循环发动机在各个工作模态下的性能参数.针对相同的运载器使用要求,采用相同的总体和气动力参数,通过飞行弹道仿真,计算和比较了采用RBCC发动机和纯火箭发动机两种动力方案的天地往返运载器方案.研究结果表明,相对于纯火箭动力,采用RBCC动力能明显减小运载器的燃料消耗,并增大其航程.     

新型高超声速飞行器的气动设计技术探讨

气动技术是高超声速飞行器的重要支撑技术。目前高超声速飞行器迅速发展,飞行器向外形 复杂化、大气层滑翔飞行方向发展。高超声速飞行器飞行时间加长,飞行距离延长。新型高 超声速飞行器的迅速发展向空气动力学领域提出了众多高难度的问题,需要研究新的技术加 以解决。结合高超声速飞行器发展的方向和一些典型项目的气动需求,针对高超声速飞 行器可能的新型气动布局和相应的气动设计技术进行了探讨。
     

跨流域高速飞行器气动设计研究现状及思考

针对跨流域空气动力学理论的不完善、多物理非平衡效应耦合的跨流域流场高精度预示模型缺乏、大空域和宽速域流动控制难度大等问题,本文从气动布局、气动预示和气动优化三个方面对跨流域高速飞行器气动设计的研究现状进行了回顾,对气动设计中涉及到的难点和关键问题进行了思考,并提出了相关发展建议。     

空天飞行器六自由度数学建模研究

研究了空天飞行器超声速和高超声速飞行条件下六自由度仿真模型,该模型包含了完整的六自由度动力学方程和运动方程。气动力和力矩系数是迎角、马赫数及控制舵面偏角的函数;发动机模型为吸气发动机和变推力火箭发动机的组合推进装置;飞行器的质心;惯性矩是飞行器质量的时变函数。所得结果可以用于未来高超声速飞行器或新一代单级入轨运载器轨迹优化、姿态控制等问题的概念设计和仿真研究。     

组合动力运载器控制系统研究启示

新一代低成本、高效可重复使用的组合动力运载器是未来航天领域发展的必然趋势,然而组合动力运载器由于具有飞行包线大幅扩展、自主可靠性要求高,以及强耦合、强不确定性、约束条件苛刻等特点,使得控制系统设计更为复杂和困难.虽然控制理论界和工程界已对运载器的控制系统分析设计方面开展了众多有价值的研究,但更大空域、更宽速域的组合动力...     

飞行器热气动布局优化设计研究

开展飞行器热气动布局设计方法研究,初步建立了高速飞行器概念设计阶段的热气动布局优化设计方法,通过参数化布局设计技术、气动力、热环境、弹道及优化技术等多学科性能分析及优化方法的综合应用,进行飞行器的热气动布局设计。对带控制舵钝双锥体机动飞行器的设计研究表明,考虑热环境的热气动布局可以在保证升阻比不变的条件下,降低驻点及第二锥身等特征点的轨道峰值热流达30%以上。
     

再人飞行器优化气动布局研究

本文研究了再入飞行器的优化气动布局问题，提出了单目标和多目标优化设计方法，通过研究分析，指出了具有高机动性能的带翼机动再入飞行器，弯体机动再入飞行器及带翼锥柱裙机动再入飞行器等再入飞行器的几何数变化规律，该研究对这类再入飞行器的气动布局选型有重要的参考价值。     

再入飞行器优化气动布局研究

本文研究了再入飞行器的优化气动布局问题，提出了单目标和多目标、优化设计方法。通过研究分析，指出了具有高机动性能的带翼机动再入飞行器、弯体机动再入飞行器及带翼锥柱裙机动再入飞行器等再入飞行器的几何参数变化规律。该研究对这类再入飞行器的气动布局选型有重要的参考价值。     

滑跃式高超音速巡航飞行器设计初步研究

在分析国外滑跃式高超音速巡航飞行器的发展现状基础上,提出了高超音速巡航飞行器的概念设计,对滑跃式高超音速巡航飞行器总体方案提出了设想。选择乘波构型建立了滑跃式高超音速巡航飞行器的气动布局,采用Euler方程数值解法Dahlem-Buck公式和切楔法对气动布局的亚、跨、超、高超音速气动特性进行了计算分析。由结果可见,建立的气动布局可满足总体方案设想中飞行任务要求。对滑跃式高超音速巡航飞行器的动力技术进行了初步研究,分析了采用火箭基组合循环发动机(RBCC)方案所需的燃料消耗。由初步分析计算结果可见,对于Ma≈10的滑跃式高超音速巡航飞行器,采用RBCC作为推进系统,可满足总体方案的技术要求。     

高超声速多体分离的Monte Carlo模拟仿真分析研究

在临近空间飞行器飞行试验任务中,运载器与飞行器之间的分离多数在临近空间发生。飞行器与箭体之间的气动特性,对分离过程的安全性有重要影响。然而,分离过程的动态特性和飞行器外形的复杂性给气动特性的正确预测造成了巨大困难,地面试验也很难验证。为此,发展了Monte Carlo打靶分析方法,在误差带宽内随机生成气动特性,通过增大气动特性的覆盖性,大大提高了气动特性对分离过程的安全性影响评估的正确性和可靠性。     

通用航空飞行器气动布局设计优化

研究了通用航空飞行器气动布局设计优化问题。应用基于二次曲线的模线设计方法，实现了通用航空飞行器的参数化外形建模。采用修正的牛顿流理论进行高超声速气动特性计算。在保持纵向稳定性的条件下，以升阻比和容积效率最大化为目标，建立通用航空飞行器气动布局多目标优化模型。应用基于小生境竞争排挤机制的多目标遗传算法求得优化模型的非劣解集。将物理规划设计方法与稳定、高效的粒子群优化算法相结合，有效地求解该优化模型的折衷解。优化结果表明本文的通用航空飞行器气动布局设计优化方法是有效的。     

航天运载器重复使用液体动力若干问题探讨

重复使用是大幅度降低航天运输成本的主要途径,动力系统的重复使用是关键,也是首先要解决的问题。目前重复使用运载器动力装置发展的主要途径是研制重复使用、低成本的液体火箭发动机和开发以水平起降一级动力装置为目标的组合循环发动机。液体火箭发动机的重复使用应革新设计理念,从设计方法、推进剂选型、材料选取及能力的适度运用、生产工艺、维修等方面综合考虑。基于组合循环动力的水平起降飞行器是降低运输成本的重要途径,也是重复使用运载器发展的重要方向,应借鉴航空发动机等动力重复使用设计理念,在方案研究和关键技术研究阶段就考虑重复使用问题。     

基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--最优控制律问题

从一个天地往返飞行器的上升轨道和再入返回轨道的优化，以及适用不同飞行任务的变轨要求的气动外形问题，提出一项基于气动力辅助变轨的变气动外形飞行器的新概念研究。对于一个固定气动外形飞行器要同时满足上升轨道有效载荷最大和再入轨道热流峰值、过载峰值及机动性能约束下的成本最低往往是困难的。若同时满足不同飞行任务：飞往太空站的运输任务，空间拦截和交会机动巡航任务及星际探测任务，则更为困难，实际上是不可能的。文章研究基于气动力辅助变轨，在热流约束下，气动外形参数变化对最优控制的影响。其结论为：热流约束下的最优控制解，包括考虑推力协同变轨，除了在非约束弧的滚转角不直接受气动外形影响外，其余的控制律，升力系数和滚转角都是气动外形参数和攻角的函数。因而变气动外形可作为一项新技术，即通过气动外形参数变化和相应的变轨策略而获得性能和成本都最佳的用途很广的一种新型飞行器。     

凹腔布局对高超声速飞行器气动-推进性能影响

采用二维耦合隐式N-S方程和标准k-ε湍流模型,对高超声速飞行器在发动机通流状态下的内外流场进行了数值仿真,研究了超燃冲压发动机燃烧室中单凹腔和双凹腔串并联布局对飞行器气动-推进性能的影响。发现因粘性而产生的摩阻、摩升以及摩擦力引起的俯仰力矩较压阻、压升以及压力引起的俯仰力矩很小,对于飞行器整体性能而言,可忽略;凹腔之间距离的长短对飞行器气动-推进性能影响强烈,短距离凹腔并联使得燃烧室主流压力抬高得更大,短距离凹腔串联使得上游凹腔对下游凹腔流场影响更大;同时,性能高的凹腔组合在一起能显著提高飞行器整体性能。     

人员运载系统简介

人员运载系统(PLS)是NASA约翰逊航天中心正在研究的一种小型运载器,它的任务是往返于自由号空间站与地面之间,担任人员和贵重货物运输任务,以弥补目前的航天飞机在这方面的不足。 NASA目前正在考虑把用于从自由号上运回陷入困境或受伤的宇航员的一种救援飞行器改装成PLS。这种救援飞行器称作确保机组返回能力(ACRC)飞行器,它可能是NASA的一个指令性项目。ACRC的候选     

吸气式组合动力——人类实现天地往返高效输运的必由之路

自20世纪50年代开始,以美国为首的世界航空航天强国把战略制高点由稠密大气转向临近空间及外层空间,并积极建立低成本的天地往返输运能力.动力系统是运载器顺利执行天地往返任务的先决条件,亟需率先取得突破.经过长达半个多世纪的不断探索,动力系统经历了单一式、捆绑式、组合式动力技术的发展与演变.作为低成本、航班化运载器的理想动...     

NASA的超级计算机系统投入使用

NASA的数字化气动模拟(NAS)计算机系统于1987年3月9日在艾姆斯研究中心举行落成仪式,现已投入使用,据称该系统是世界上功能最强的计算系统。 NAS将用于航空航天领域内的重大科研项目的研究,其中包括国家空天飞机计划。空天飞机计划是美国防部与NASA的一项联合计划,用以验证空天飞行器的各项技术和能力,其中包括水平起降、单级达到入轨速度和采用吸气式发动机在大气层内持续高超音速巡航飞行。这项技术开发和验证计划的实施,将使未来的各种实用航空航天飞行器——从航天运载器到远程防空拦截器和高超音速运输机——成为可能。 NAS系统也将有助于美国