[发明专利]航天器返回减速装置

说明书

一，技术领域

本发明属于运输领域，特别是属于航天领域，国际分类表主分类号位置是(B64G/1/62)。

二，背景技术

公知的航天器(包括宇宙飞船的返回舱和航天飞机，下同)，返回大气层时，由于地球引力效应和重力加速度，返航速度极高，航天器表面和大气层剧烈摩擦产生高温，并产生等离子体和黑障现象，严重威胁航天器和航天人员安全。怎样降低航天器返航速度是一个非常重大的世界级难题，根据权威统计，航天器的事故灾难，主要发生在上升段和返回段，而返回段的灾难原因，主要就是返航速度极高，航天器表面和大气层剧烈摩擦产生高温，隔热瓦脱落，结果是航天器焚毁，机毁人亡，美国就发生过。目前，对于航天器返航减速，基本上没有多少可供选择的手段，基本上以被动应付为主，无非就是隔热瓦减速伞之类，反推力发动机虽然很好，但是要消耗大量燃料，航天器如果在发射阶段携带大量回程反推力燃料，有效载荷势必大幅度降低，航天器将不堪重负。

三，发明内容

本发明的任务和目的是，针对公知的航天器，返回大气层时返航速度极高，航天器表面和大气层剧烈摩擦产生高温，并产生等离子体和黑障现象，严重威胁航天器和航天人员安全的问题，提出了新的技术解决方案，提供了一种使航天器返航速度明显降低的装置，从而使航天器安全系数大幅度上升，显著提高航天器和航天人员安全。

本发明是这样实现的：

航天器返回减速装置，其特别之处是：在返回舱[1]的尾部，即与大底[3]相反的地方，连接有一个减速灶[2]，减速灶[2]的形状是抛物面，减速灶[2]的底部和返回舱[1]尾部连接，减速灶[2]的开口方向和返回舱[1]的返回方向相反。

航天器返回减速装置，其特别之处是：在航天飞机[4]的尾部连接有一个减速灶[2]，减速灶[2]的形状是抛物面，减速灶[2]的底部和航天飞机[4]的尾部连接，减速灶[2]的开口方向和航天飞机[4]的返回方向相反。

航天器返回减速装置，其特别之处是：减速灶[2]的开口处有一个可以脱卸的整流罩[5]。

航天器返回减速装置，其特别之处是：减速灶[2]的边沿处布置有起涡角[6]。

众所周知，物体在流体中运动会受到两种阻力，一种是粘滞阻力，一种是压差阻力。当物体较小速度较慢时，以粘滞阻力为主，当物体较大速度较快时，以压差阻力为主。压差阻力，也就是高速运动物体的头部压力高于尾部压力，形成压力差，所以叫压差阻力。压差阻力会严重消耗运动物体的运动能量，使运动物体大幅度减速，为了避免或降低压差阻力，飞机，潜艇和汽车通常采用流线型设计，尾部收缩缓慢平顺，使前方气流尽快流向后方，努力避免旋涡产生，从而提高尾部压力，降低压差阻力。因此，如果降低高速运动物体的尾部压力，就是等效于提高其头部压力，从而提高压差阻力。

本发明的高明之处就是，为了使航天器大幅度减速，故意采取非流线型设计，使前方来流在进入后方时受阻，不能顺利进入尾部，使尾部形成负压状态，结果使尾部压力远远低于头部压力，导致严重的压差阻力，迫使航天器减速。这显然要比提高航天器表面粗糙度，或者扩大头部受阻面积好的多，因为提高航天器表面粗糙度，或者扩大头部受阻面积，虽然增加了阻力，但会造成严重恶果，就是急剧升温，甚至烧毁航天器。与其提高头部压力，还不如降低尾部压力，因为降低运动物体的尾部压力，就是等效于提高其头部压力。也就是说，在头部压力不变的情况下，大幅度降低尾部压力，其减速效果等同于大幅度提高头部压力。

当航天器返回大气层时，前方高速气流在减速灶[2]的背部受阻，沿减速灶[2]的背部抛物面飞离航天器，无法顺利进入航天器尾部，结果在航天器尾部，也就是减速灶[2]的抛物面开口处，形成巨大的负压强，就像一个无形的巨手向后拖住航天器，迫使航天器减速再减速。同时，在航天器的尾部附近，产生大量的旋涡，这些旋涡消耗大量能量，从而加剧了压差阻力。起涡角的设计作用，就是为了产生更多的涡旋。

目前俄罗斯和中国的航天飞船返回舱，美国的航天飞机，都忽视了利用压差阻力来降低航天器返回速度，是非常明显的设计缺陷。

本发明和现有技术相比的优点和积极效果是：明显降低航天器返回速度，显著提高航天器和航天人员安全。

四，附图说明

图1：航天器返回舱返回减速装置示意图

图2：航天飞机返回减速装置示意图

图3：整流罩[5]示意图

图4：减速灶[2]和起涡角[6]剖面示意图

下面是部件名称及编号：