[发明专利]一种用于设计返回舱气动外形的方法

说明书

本发明涉及种用于设计返回舱气动外形的方法，包括：S1.制定至少两种返回舱气动外形的方案，根据选取条件选出其中的最优方案；S2.根据约束参数对选取的最优方案进行优化，确定出返回舱气动外形；S3.建立返回舱实体，并对所述返回舱实体进行飞行验证。通过采用多种不同的返回舱气动外形方案，并结合选取条件进行对比分析，从而能够进行全面对比不同方案之间的特点，有效的选取出更加适合现阶段飞行任务需求的方案，避免了返回舱的气动外形在后续设计过程中的反复修改，提高了本发明的设计效率。同时，根据选取条件更加有效的选取出成本低，安全性高的方案，从而保证了飞行任务的有效进行。

技术领域

本发明涉及一种用于设计返回舱气动外形的方法，尤其涉及一种用于设计载人返回舱气动外形的方法。

背景技术

返回舱是一种将航天员从外太空安全送回地球表面的航天器。返回舱返回地面时，要穿越高马赫数、低雷诺数的非连续流区，然后进入高超声速、超声速、跨超声速、低超声速的连续流区，其空气动力学问题复杂。因此，返回舱气动外形的设计对返回舱的研制起着先导的制约作用，并贯穿于返回舱研制和发展的全过程。

同时，不同再入速度对返回舱气动外形带来的约束及需求不同，对于以第二宇宙速度再入返回而言，需要更大的升阻比以适应返回舱以第二宇宙速度再入地球大气，会遇到与近地轨道返回再入更严峻的的气动力热环境。飞船返回舱以第二宇宙速度再入地球大气，会遇到与近地轨道返回再入更严峻的的气动力/热环境。尤其是对于大尺寸再入飞行器而言，辐射加热更为剧烈。目前技术中，具有能够满足近地返回任务需求的返回舱，但其无法满足更高速度的再入返回要求，导致缺乏适用于载人的第二宇宙速度再入返回的返回舱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于设计返回舱气动外形的方法，使返回舱能够满足以第二宇宙速度再入地球大气的要求。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于设计返回舱气动外形的方法，包括：

S1.制定至少两种返回舱气动外形的方案，根据选取条件选出其中的最优方案；

S2.根据约束参数对选取的最优方案进行优化，确定出返回舱气动外形；

S3.建立返回舱实体，并对所述返回舱实体进行飞行验证。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，所述选取条件包括研制成本、技术成熟度、有效容积率、力热载荷峰值以及气动稳定性。

根据本发明的一个方面，步骤S2包括：

S21.以满足载人第二宇宙速度再入返回的所述约束参数对选取的最优方案进行优化；

S22.分别通过建立仿真模型和实物模型的风洞试验进行返回舱气动特性分析，确定出所述返回舱的气动外形。

根据本发明的一个方面，所述约束参数包括升阻比、几何尺寸、质心位置、过载以及气动热环境；其中，针对第二宇宙速度再入情况首先对升阻比进行优化，并且结合所述气动热环境、所述质心位置和所述过载对所述几何尺寸进行优化。

根据本发明的一个方面，步骤S22包括：

S221.通过所述几何尺寸建立第一仿真模型，根据所述第一仿真模型生成优化函数，运用优化算法获取第一优化结果；

S222.基于所述第一优化结果、所述升阻比、所述质心位置、所述过载以及所述气动热环境建立第二仿真模型，根据所述第二仿真模型生成目标函数，并获取第二优化结果；

S223.基于所述第二优化结果建立实物模型，并进行CFD仿真结果、风洞试验及飞行试验完成所述返回舱气动特性分析，确定出所述返回舱的气动外形。

根据本发明的一个方面，步骤S221中，当获取所述第一优化结果后，采用另外计算的两组返回舱参数化建模数据对所述第一仿真模型进行复核。