[发明专利]用于控制航天飞机从航天飞行阶段转变成航空飞行阶段期间的速度的装置及相关的转变方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在航天飞行器——特别地航天飞机类型——从航天飞行(spaceflight，太空飞行)阶段转变成航空飞行阶段期间对该航天飞行器的速度进行控制的装置，并且涉及相关的转变方法。

航天飞机是适于航空飞行的航天飞行器并且出于此目的包括升力产生面。作为航天飞行器，其包括例如火箭发动机和适于在缺少空气或其他载气的情况下对火箭发动机进行控制的装置。

这种飞行器的一系列问题在于其重返到大气层中的情况中，以及特别地在于飞行器从弹道飞行或无升力式飞行转变成航空飞行的情况中，对于航空飞行而言，飞行器使用由大气提供的升力。

与机组人员由受训练的宇航员组成的飞行器——比如先前由NASA操作的太空飞船——相比，该航天飞机的一个特定约束在于：需要将由飞行器的结构和乘员所经受的载荷和加速度降低至较低的值。

背景技术

通过用于常规大气层飞机的制动装置，存在定位在机翼上方或定位在机身的上部上的空气制动器。

另外，在大气层飞机的情况下，存在使用起落架舱门的制动系统，如在美国军用飞机F-111上已知的。

然而，这种装置在太空的领域中的使用并不存在。

近来，为了使航天飞机或太空飞船从航天飞行转变成航空飞行，航天飞机通过将其下部下压以作用在空气上，从而增大了飞行器的阻力来制动。航天飞机以这种方式制动并且高度降低。

在美国太空飞船的情况中，这种制动导致显著的加热并且机组人员经受与随后的减速度的强度对应的重力。

发明内容

本发明的目标在于提出一种用于在比如航天飞机的飞行器从航天飞行阶段转变成航空飞行阶段期间对飞行器的速度进行控制的装置，该装置适于允许飞机具有制动阶段并且允许以减小的载荷且减速返回至航空飞行。

如先前看到的，航天飞机是能够航空飞行并且能够航天飞行的飞行器。

在航天飞行中，飞行器可以围绕地球沿轨道运行，例如绕轨道飞行，或可以简单地具有呈特别用于亚轨道飞行的抛物线弧的形式的航线，其中，该航线具有几十至几百千米的最大海拔高度。在这两种情况中，返回至航空飞行阶段需要控制飞机的速度以便限制施加于该飞机以及施加于该飞机的乘员的载荷。

为了实现这个目的，本发明提出了一种适于航空飞行的航天飞行器，该航天飞行器包括本体、限定升力产生面的机翼结构以及姿态控制装置，所述飞行器包括定位在飞行器的升力产生面下方的一个或多个襟翼，并且所述一个或多个襟翼在飞行器从航天飞行阶段转变成航空飞行阶段期间能够在收回位置与倾斜的展开的空气动力学制动位置之间操纵。

优选地，一个或多个襟翼适于以可控制的变化倾斜度展开。

有利地，飞行器包括至少一对襟翼，所述至少一对襟翼定位在飞行器的纵向轴线的两侧。

根据一个特定实施方式，襟翼适于独立于彼此而受控制以控制飞行器的下降。

根据一个有利的实施方式，襟翼中的所有襟翼或一些襟翼为空气制动装置/起落架舱门。

有利地，襟翼能够根据飞行阶段而独立于起落架操纵或与起落架相结合地操纵。

根据一个特定实施方式，襟翼包括：用于使襟翼逆着风眼打开的第一操纵轴线，襟翼随后作为空气制动器来操作；以及用于使襟翼顺着风眼打开的操纵轴线，襟翼随后作为起落架舱门来操作。

空气制动襟翼/起落架舱门优选地通过下述致动器来操纵：所述致动器被规定为允许在航天下降与航空下降之间的转变期间部分地打开空气制动器并且允许起落架舱门被完全地打开以用于着陆，致动器适于以能够根据飞行阶段变化的方式使襟翼打开。

根据一个特定实施方式，姿态控制装置包括俯仰姿态控制面。

本发明还涉及一种用于在飞行器的下降阶段期间对如前述权利要求中的任一项所述的飞行器的速度进行控制的方法，其中，下降阶段伴随着飞行器从航天飞行阶段到航空飞行阶段的转变，该下降阶段包括：

-第一步骤，该第一步骤为飞行器的抛物线下降，飞行器处于大迎角的位置中；

-第二步骤，该第二步骤为将飞行器引入至俯冲位置中；以及

-第三步骤，该第三步骤为使飞行器转为小迎角的以空气动力学飞行的水平飞行；

对飞行器的速度的这种控制至少在第二步骤中通过使所述襟翼打开来实现。

大迎角位置通过飞行器的纵向轴线与速度轴线之间的大于40°的角度来特别限定。

根据一个特定实施方式，通过使所述襟翼打开来控制飞行器的速度在第一步骤期间开始。