乔红宇1,邓双厚1,支豪林1,周宇轩2,肖天航3
摘要: 在两级入轨飞行器的分离阶段,轨道器与运载器之间因其复杂激波系的存在导致强烈的非定常气动扰动。为确保分离过程的安全可靠,有必要针对高马赫数下的级间分离方案进行全面精准地设计与评估。本文基于气动-运动-控制耦合的数值虚拟飞行技术,对轨道器-运载器组合体级间分离行为的分离姿态准备、分离机构设计以及分离过程控制策略开展深入分析与综合选择。结果显示,在高马赫数下轨道器与运载器之间存在极为复杂的波系拓扑结构,且会随两级相对位置动态变化,导致轨道器气动力呈现非线性特性。通过多方案对比研究,最终确定了轨道器以0度分离姿态角、采用伸缩撑杆分离机构结合气动舵面与矢量推力组合控制的分离方案。仿真结果表明:相较于未采取主动控制及参数优化的初始方案,本文所设计的组合体级间分离方案在分离时刻轨道器与运载器的相对法向过载增加了40.5%,轨道器脱离激波干扰区时间减少了16.0%,分离时刻姿态角增加4.1°,实现了轨道器的可控分离,提升了两级分离入轨的安全性。
中图分类号: