关于飞行器进入行星大气层的问题

宇宙飞行器再入地球大气层或进入行星大气层是航天飞行的一个重要阶段。从空间返回地球大气层的飞行器叫做再入地球大气层飞行器,简称为再入飞行器;进入其它行星大气层并不返回地球的飞行器称为进入行星大气层的飞行器,我们不妨把这两类飞行器都简称为进入飞行器。     

美国正在探索新的突防技术

一、研究增强洲际弹道导弹突防能力的各种技术空军弹道导弹局计划于1985财年对可以提高弹道再入和机动再入飞行器突防能力的各种技术和系统进行研究。目前已提出的研究项目包括:1.用各种有源和无源的电子方法改进再入飞行器(包括本体和尾流)的特征,使苏联的防御失效;2.用反模拟技术改进再入飞行器的可观察度;3.抑制再入飞行器尾流或增强有关突防装置的尾流;     

再入飞行器攻击空中活动目标的制导律研究

针对再入飞行器攻击空中活动目标的特殊问题,分析了再入飞行器和空中活动目标的运动特性,建立再入飞行器和空中活动目标的运动模型,在此基础上引入目标运动信息对制导律进行修正,提出修正比例导引,从而减小由于目标运动对制导精度的影响。数学仿真结果表明,采用修正比例导引可有效降低再入飞行器需用过载,提高命中精度,减小终端速度倾角散布。该方法参数适应性强,易于工程实现。     

空间飞行器最小再入加热外形计算

本文研究确定再入飞行器的最小总加热量气动外形问题。文中首先应用熟知的附面层换热关系式导出再入飞行器表面总热流率和再入飞行全过程的总加热量计算表达式,然后再借助于流场数值介的某些结果和普朗特—梅逸膨胀理论,运用变分法求介具有约定长细比和再入总重量条件下的最小再入加热外形;最后分析阻力系数变化对最小再入加热外形的影响。计算结果表明:在给定再入飞行器总重量和约定长细比的情况下,再入总加热量随阻力系数的增加而减少,最小再入加热外形是平头圆柱体。     

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。     

机动再入飞行器主动段再入点约束闭路制导研究

基于机动再入飞行器再入制导段控制条件荷刻和难度大，必须为飞行器创造最佳的再入条件。本文对具有再入点约束的主支段闭路制导律进行了研究。根据飞行器椭圆弹道的性质、飞行器再入条件、球面几何和不动点原理给出了理想弹道的计算算法。为使飞行器能在主动段很快地进入到理想弹道上，系统采用了非线性的推力向量控制及预测制导方法。通过对新型号再入飞行器的制导系统的设计与仿真，表明该制导系统使飞行器全程飞行有很好的飞行性能。     

再入微波综合测量系统

本文提出的“再入微波综合测量系统”是一个在飞行器上采用一个载波调制若干种不同特点的测量信号以完成遥测、外测等多种功能的综合无线电再入测量系统。再入微波综合测量系统能完成飞行器再入时的常规信号、触地信号及特快波形的遥测任务。飞行器上的发射机实现FM/AM双重调制,它除了完成规定的遥测任务外,能同时用于再入段,特别是10km高度以下的外弹道参数测量。为了确保工作可靠,不论是再入遥测或外测,地面站都不采用跟踪。再入微波综合测量系统的提出,使再入遥测的研究进入了一个新阶段。本文提出的基本原理和方法,可望在再入测量以外的其它某些测控领域中获得应用。     

再入气动理论和实验的评述

战略武器的发展,要求进一步提高再入飞行器的突防能力、生存力和命中精度。现代高级再入飞行器主要是高β(弹道系数)再入的弹道式再入飞行器和机动武再入飞行器。本文所讨论的再入问题,就是指高级再入飞行器再入地球的大气层时所遇到的问题,整个再入系统虽然还包括材料、结构、遥测、控制等其它方面。但是再入动力学和气动热力学是再入系统的最重要问题之一,本文着重讨论这方面的现状、存在问题和解决问题的技术途径。 再入气动力学和气动热力学的主要问题是烧蚀防热问题,气动力问题,粒子云侵蚀问题,滚动问题,机动再入问题和再入物理等问题。解决这些问题要采用理论和实验相结合的方法,依靠理论计算、地面模拟试验和飞行试验等手段,通过综合分析提高设计计算的精度,寻找有效的措施保证性能要求。     

类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先,利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据,初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性;其次,在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真,分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性,研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一;最后,研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。     

浅评美国烧蚀测量技术

烧蚀是导弹与宇航工程界引人注目并得到重视的科目,是发展新型再入飞行器所需要解决的主要技术关键。烧蚀测量是导弹或其它再入飞行器在飞行试验时防热材料烧蚀量的测量技术,是研究烧蚀理论、烧蚀材料以及防热设计过程中的一个重要实验手段。     

弹道式飞行器再入攻角引起的落点误差分析

由于干扰因素的影响,飞行器再入时会产生±5°的初始攻角,这种攻角产生的升力不仅随攻角的收敛而变小,而且随飞行器的自旋而改变方向,从而使飞行器沿螺旋状弹道再入,最终造成落点误差,文中将转子动力学理论用于旋转飞行器的再入运动分析,通过对进动角与升力的耦合计算,得出了飞行器的平均落点误差,并以算例进行了验证,最后,给出了若干重要结论。     

类Clipper再入返回飞行器气动特性分析

针对类Clipper再入返回飞行器的气动特性,采用近似反设计的方法,在飞行器外包络等约束条件下,通过形状控制函数,计算出类Clipper飞船的气动外形。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,研究分析类Clipper再入返回飞行器在不同高度、不同马赫数和不同攻角下的全空域/速域气动特性变化规律,并结合不同飞行状态下的压心位置探讨飞行器的稳定性。结果表明:类Clipper再入返回飞行器在不同飞行状态下能够具有良好的气动特性,最大升阻比可达1.1以上,属于中等升阻比再入,总体呈现出良好的静稳定性,可在未来作为具有可重复使用再入返回飞行器的方案之一。     

基于变质心控制的再入飞行器机动能力分析

变质心控制作为一种新颖的控制方式,可克服传统再入飞行器气动舵等控制方案存在的舵面烧灼等弊端,它通过主动移动飞行器内部若干个质量块,可以有效调整飞行器的姿态并实现飞行器的姿态和机动控制.本文在推导变质心再入飞行器动力学方程的基础上,对该动力学方程进行了必要的简化,从而得到了变质心再入飞行器纵平面内的动力学和运动学方程,并计算得到质量块不同行程下飞行器可产生的法向过载大小.本文的研究对于变质心再入飞行器控制系统的设计提供了必要的理论参考依据.     

基于椭球近似解析法的飞行器再入轨迹优化

针对再入机动飞行器的再入段轨迹规划问题,设计了基于速度-阻力加速度剖面的轨迹优化方法,推导了根据速度-阻力加速度曲线和速度-攻角曲线计算飞行器跟踪规划轨迹所需要的控制力、航迹倾角、飞行器高度等量的公式,给出了飞行器再入倾角和速度-阻力加速度曲线斜率的关系,提出了 一种考虑飞行器控制能力极限的基于椭球近似解析法的飞行器再入段轨迹优化方法,通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

升力体再入飞行器离轨制动方案及优化研究

离轨制动是确保天地往返飞行器安全、准确返回既定着陆场区的前提。文章借鉴载人飞船再入返回飞行的工程经验,对升力体再入飞行器的离轨制动总体方案进行分析,阐述了离轨制动任务剖面以及相关总体参数,依此确定离轨制动设计条件、设计约束。在此基础上,以典型升力体再入飞行器为例,仿真分析给出了升力体再入飞行器离轨制动时序设计和离轨制动策略方案,得到涵盖离轨制动策略、离轨制动时序的升力体再入飞行器的总体设计方案。最后,通过灵敏度分析确定了优化设计变量,开展了离轨制动多学科优化设计的关键技术研究。相关研究内容可为升力体再入飞行器离轨制动的具体工程实施提供技术参考。     

在地球极区无奇异的再入飞行器质心运动方程

传统的再入飞行器质心运动方程用经度和纬度描述地理位置，在南北极极点处奇异，在南北极区病态。本文提出利用位置矢量的三个方向余弦，称为“三余弦数”或“三元数”，代替经纬度，推导出无奇异再入质心运动方程。再入飞行器临近极点和到达极点的算例显示，使用三元数的无奇异再入方程完全避免了传统方程有关极点的奇异性。同时，无奇异方程所选状态变量与传统方程可进行很简便的转换。     

最优再入机动的升力控制

本文应用格林理论来分析再入机动的最优升力控制。在最大升力有限制的情况下,在规定的起始高度和最终高度之间,以及规定的飞行再入角的条件下,控制高速飞行器的再入。要求极值的性能指标是最终速度、机动距离、机动时间或热输入。再入机动采用线性控制,且最优机动包括改变升力产生的下降或上升弹道。推导出运动方程的解析解,确定再入起始点的位置和各段弹道的次序。     

基于UKF的再入弹道高精度估计方法研究

飞行器在再入段的弹道可用较为精确的动力学模型描述,在地心直角坐标系下建立飞行器再入段的动力学模型,利用UKF对弹道式再入目标的弹道进行估计,并与三站几何解析法的解算结果进行对比,仿真结果表明,基于动力学模型的UKF可以有效地提高再入目标弹道的估计精度.     

机动飞行器的混合制导

文提出一种关于再入飞行器程序机动飞行的制导方案。该方案利用辐射传感装置,精确地确定再入飞行器机动起点的位置。再利用捷联式惯导系统控制飞行器的落点。