[发明专利]一种后体增阻增稳的高减速地外天体进入器气动布局

说明书

一种后体增阻增稳的高减速地外天体进入器气动布局，所述进入器的气动外形为轴对称回转体结构，包括迎风前体、背风后体和调节翼板；迎风前体包括球头和迎风锥台，球头设置在迎风锥台小端，球头与迎风锥台平滑过渡；背风后体包括后体锥台和后体球台，后体球台的大端与后体锥台的小端平滑过渡；调节翼板嵌入式安装在所述后体锥台侧壁上；迎风锥台与后体锥台之间采用外周圆弧过渡，形成过渡肩部。本发明适用于各类弹道式或半弹道式进入任务。

技术领域

本发明属于深空地外天体进入气动设计领域，涉及一种地外天体进入器外形。

技术背景

对于有大气地外天体的高速再入任务，如何利用进入器外形开展高效的气动减速，并使其具有良好的飞行稳定性和合理的表面热环境分布，是进入器实现安全的进入减速着陆的关键要素。对于天体大气层稀薄或进入速度极高的情况，首先需要气动外形具有高减速性能，即大阻力特性，以保证高速进入的进入舱在达到开伞高度前速度能降到较低水平，实现安全开伞；第二，需要气动外形在进入飞行的大部分区间内具有较好的静、动态稳定性，以保证进入舱姿态能保持在平衡攻角附近，不会出现大角度漂移或翻转，导致热防护系统破坏或大攻角开伞失败；第三，需要气动外形具有合理的热流密度分布，不会出现局部热流激增，并使表面高热流区面积尽可能小，以免热防护系统出现局部失效或重量消耗增加。

目前国外已有的地外天体进入器外形均为球头+锥台迎风前体及倒锥后体外形，该种外形可根据进入任务需求提供高效的气动阻力和满足防热结构设计要求的合理的表面热环境分布，但该外形具有高空静稳定弱、跨超声速动稳定性弱的缺点，不利于进入器安全进入减速着陆。在本发明之前，我国尚未形成地外天体进入器外形设计相关知识体系，已有的返回式卫星、神舟飞船返回舱以及探月三期返回器的外形特征与地外天体高减速需求差距较大，无法采用。

发明内容

本发明的目的是针对国内外已有地外天体进入器外形设计中存在的不足，提供一种后体增阻增稳的高减速地外天体进入器气动布局，适用于各类弹道式或半弹道式进入任务。其中，展开调节翼板可实现飞行攻角的增大或减小，并可提高阻力和小攻角静/动稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种后体增阻增稳的高减速地外天体进入器气动布局，所述进入器的气动外形为轴对称回转体结构，包括迎风前体、背风后体和调节翼板；

迎风前体包括球头和迎风锥台，球头设置在迎风锥台小端，球头与迎风锥台平滑过渡，球头半径和迎风锥台的锥台半锥角根据升阻性能需求调整，球头半径不超过进入器最大迎风截面直径的40％，迎风锥台的半锥角不大于75°；

背风后体包括后体锥台和后体球台，后体球台的大端与后体锥台的小端平滑过渡；后体锥台的锥台半锥角和后体球台的半径及高度根据增稳设计需求调整；后体锥台的锥台半锥角不小于22°，后体球台的半径不小于进入器最大迎风截面直径的70％；

调节翼板嵌入式安装在所述后体锥台侧壁上，展开调节翼板时可增大进入器在全攻角范围内的阻力系数和升力系数，增大进入器在攻角±60°范围内的俯仰力矩系数，减小进入器在±30°范围内的静稳定力矩导数，并使进入器小攻角动导数向小于0的方向变化，从而在改变进入器配平攻角的同时，可实现增阻、增强稳定性的作用。

迎风锥台与后体锥台之间采用外周圆弧过渡，形成过渡肩部，圆弧半径不小于球头半径的5％。

调节翼板为平板或与后体锥台的锥面弧度相同的弧面板；调节翼板收拢后，外表面与后体锥台的外周锥面重合或略低于后体锥台的外周锥面。

后体球台小端为圆平面。

进入器横向质心与回转轴偏置或不偏置：当横向不偏置时，进入器通过打开调节翼板获得配平攻角；当横向质心偏置时，进入器通过打开调节翼板实现攻角回复。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：