可重复使用运载器上升段运动分析

本文简要介绍了可重复使用运载器的特点和飞行过程,并针对串联两级可重复使用运载器,在建立其动力学数学模型的基础上,计算分析了其上升段的动力学运动过程,可为RLV的上升段弹道优化设计以及RLV方案研究提供有力的支持.     

重复使用运载器的近期发展

简要介绍了重复使用运载器的近期发展状况、包括美国的Ｘ－３３／ＲＬＶ技术计划,日本的重复使用运载器计划和欧空局的欧洲未来空间运输研究计划等,最后针对重复使用运载器的发展提出了一些看法和建议。     

我国重复使用运载器发展思路探讨

重复使用运载器是航天运输系统未来发展的主要方向,具有重要的军事和民用价值。一次性使用运载器技术日益成熟,世界航天大国都在积极开展重复使用运载器方案探索与关键技术研究。简要分析了世界开展重复使用运载器的研究状况,总结了重复使用运载器的发展趋势,并根据我国的技术现状与特点,提出了我国重复使用运载器“顶、背、跑”的渐进式发展思路。     

21世纪的通天桥——美国研制可重复使用的单级火箭运载器

指出现有太空运载火箭的固有缺陷,着重介绍美国X-33缩比实验型和“冒险星”实用型2种可重复使用的单级火箭运载器的主要性能和特点。     

第二代可重复使用运载器及其再入制导技术

可重复使用运载器是未来航天运输系统发展的主要方向,各大国正围绕其关键技术开展积极的研究。第2代可重复使用运载器对再入制导技术的自主性、安全性和可靠性提出了更高的要求。分析了各国可重复使用运载器的发展概况,给出了可重复使用运载器再入的特点。重点综述了针对第2代可重复使用运载器开发的各种新型再入制导方法,并讨论了有待深入研究的可重复使用运载器再入制导关键技术。     

美国重复使用运载器的发展历史、现状及启示

简要回顾了美国过去40多年来重复使用运载器及其支撑技术的发展历史，讨论了其中所取得的成就及存在的问题，总结了一些经验教训，为重复使用运载器的研究与发展提供借鉴。     

重复使用运载器发展趋势及特点

自从上个世纪五六十年代人们提出重复使用运载器的概念，到现在的四五十年里，重复使用运载器的发展取得了很大的成就，同时也历经了不少挫折与失败。由于重复使用运载器具有极高的军事和民用价值，因此越来越受到世界各国的高度重视，当前又掀起了一股新的重复使用运载器研究热潮。本文综合分析了世界各国重复使用运载器的发展趋势、特点及从中得到的一些经验教训，值得我国发展重复使用运载器时借鉴和参考。     

欧洲未来的航天运输系统

ESA(欧洲航天局)根据1990年后可能的任务和有效载荷要求,确定了在AR-4(阿里安4)之后的欧洲一些未来运载器选择方案。这些方案是:(1)与AR-4部件组合的运载器,(2)一次性使用的AR-5运载器,(3)具有可重复使用第二级的AR,(4)新型一次性使用的低温运载器,(5)可完全重复使用的运载器。每种运载器的低地球轨道有效载荷质量都在10至16Mg之间。对于最重要的地球同步通讯卫星这类任务(2.5至4.5Mg)来说,已分别对其发送和入轨系统作了分析,包括费用和费效分析。在经济性和方案方面同美国和其他国家九十年代的发射系统作了分析对比,其结论是,只有可完全重复使用的运载器才能满足一切任务和有效载荷的要求;并且,只有这样的运载器才能从根本上降低发射费用。对欧洲的运载器技术概况和未来航天运输领域的活动计划作了结论性研究。作为本研究的一部分,还建立了运载器的研究、制造和使用费用模型。     

重复使用运载器再入动力学建模研究

通过对重复使用运载器再入动力学建模技术的研究,提出以再入飞行器导航常用的WGS-84世界大地坐标系为参考,在北天东坐标系建立飞行器再入质心动力学方程和描述飞行姿态的建模方法,建立可兼顾再入返回和高精度着陆需求的通用刚体动力学模型;借鉴运载火箭与导弹等弹性飞行器动力学模型的应用经验,提出混合坐标法,首先用准坐标系描述飞行器等效刚体的刚性平动和转动,然后用有限元理论描述弹性飞行器相对于等效刚体的复杂弹性振动,最后利用弹性变形引起的附加攻角和侧滑角产生的附加力和力矩体现刚体和弹性振动耦合的刚弹耦合动力学模型建模方法,并基于再入通用刚体动力学模型建立适用于面对称重复使用运载器的再入刚弹耦合动力学模型。结果表明:建立的重复使用运载器再入动力学模型充分考虑了地球椭球体和自转的影响,模型物理意义明确,工程实用性强。     

航天运载器支架式主结构承载性能的有限元分析

航天运载器主结构的功能是把载荷从一种结构传递到另一种结构上.依据对美国可重复使用运载器X-33和Atlas V型火箭上两种典型支架式CFRP(碳纤维增强树脂基复合材料)主结构的分析,建立了两种支架结构的有限元模型,计算了在支架轴向力、横向力和绕纵轴的扭矩及综合载荷作用下支架结构的形变、压缩比、偏心率和CFRP管件的轴向应力,通过计算结果对两种支架式主结构的承载性能特点进行了分析.     

重复使用运载器气动数据库设想

分析了建设重复使用运载器气动数据库的必要性,提出了此数据库的基本框架和基本要求,设想了整个数据库软件的基本形式.最后指出,在我国重复使用运载器研制的起步阶段就关注气动数据库的建设工作,不仅有利于后续工作的开展,而且对于整个气动研究工作再上新台阶将产生重要的推动作用.     

Attitude Control Algorithm for Reusable Launch Vehicle in Reentry Flight Phase

An attitude control algorithm for reusable launch vehicle （RLV） in reentry phase is proposed based on sliding mode variable structure control technique. The aerodynamic characteristics of RLV vary rapidly, and the serious uncertainties and nonlinearities exist in the reentry flight phase. As an example, American X-34 technology demonstrator is investigated. The chattering brought by the variable structure control technique is eliminated efficiently by choosing a suitable reaching law and a sign function. A control mode of reaction control system is presented based on the RCS scheme of X-34 vehicle. As two different attitude control effectors, aerosurfaces and RCS, are employed in the reentry flight phase, a composite control strategy based on the dynamic pressure variety is presented. Also, an actuator model and a RCS thruster model are built. Analysis and nonlinear simulation results show that the sliding mode variable structure controller achieves better performance, the overshoot and steady-state error are only 0.7% and 0.04° respectively.     

弹性整流罩低空分离仿真及影响因素分析

随着天地往返运载器（Reusable Launch Vehicles，RLV）的发展，整流罩低空大过载分离的应用日趋广泛，气动力、大过载对分离的影响成为当前研究的重点。基于ABAQUS建立整流罩复杂蒙皮桁条结构的完整弹性体模型，对低空大过载分离的影响因素进行仿真分析，结果表明气动力、大过载均会增加分离的难度，气动力的存在有助于减小铰链根部变形，过载则会加剧铰链根部变形。通过与火箭撬加速整流罩分离试验结果进行对比分析，验证了该仿真分析的正确性，并进一步提出了改进意见。     

重复使用运载器气动性能CFD研究

应用CFD方法研究了两级重复使用运载器上升段和轨道器再入段的气动性能.结果表明:轨道器升阻性能、纵向静稳定性能、横向静稳定性能及亚、跨声速段航向静稳定性能均满足气动总体设计基本要求,其它性能有待改进;运载器上升段气动性能与一般运载火箭类似,只是升阻比偏高,使用摆动喷管后可以保证纵向和横向稳定性.     

模糊变结构在可重复使用运载器再入轨迹跟踪上的应用

为了减小可重复使用运载器(RLV)轨迹跟踪对气动参数及初始状态的依赖性,克服鲁棒性差的问题,在纵向跟踪制导方面,提出一种基于模糊变结构的轨迹跟踪方法。在侧向轨迹控制方面,提出了一种快速收敛的在线规划倾侧角反向时机的方法。仿真结果表明：采用模糊变结构的纵向跟踪控制方法,在存在较大初始状态误差及气动参数摄动的情况下,能较好地实现对标准轨迹的稳定跟踪,具有较强的鲁棒性;采用所设计的侧向制导方法可以实现反向点的在线规划,有效地提高了侧向制导的精度。     

重复使用运载器GN＆C技术发展趋势及特点

重复使用运载器 (RLV)将大幅度降低现役航天运载器的发射准备时间、成本 ,并提高其可靠性、安全性 ,是航天运输系统的发展方向。制导、导航与控制 (GN&C)系统是RLV的核心技术之一 ,先进的RLV的GN&C技术不仅能缩短设计周期、降低成本 ,而且对复杂多变的飞行环境具有较强的鲁棒性 ,从而提高了飞行器的安全性。指出了RLV的GN&C系统的要求、特点 ,总结了近年来该领域的研究成果 ,提出了下一步需研究的问题。     

高超音速飞行器气动热研究进展

高超音速飞行器具有普通超音速飞行器无法比拟的优势,因而成为航空航天领域重要的发展方向。当飞行器高速飞行时,空气粘性作用将在机体上产生强烈的气动热,这给飞行器的安全造成严重影响,成为制约高超音速飞行器快速发展的瓶颈问题;无疑,掌握气动热变化规律是合理设计高超音速飞行器热防护的基础。本文从实验与数值仿真两方面系统地归纳、总结国内外学者在高超音速飞行器气动热方面的研究成果,并展望其未来的发展。     

美国航天运输体系的建立及其运载技术的最新进展

简要介绍了美国航天运输体系的组成及美国航宇局（NASA）进行的航天运输体系研究（STAS），描述了美国新型运载火箭以及重复使用运载器（RLV）的最新进展。     

重复使用运载器贮箱的研制现状

研制轻质高强度的低温贮箱是美国发展重复使用运载器（RLV）的最关键技术之一。介绍了低温贮箱的研制情况和存在的问题,以及给我们的启示。     

重复使用运载器末端区域能量管理轨迹鲁棒性分析

为研究重复使用运载器末端区域能量管理段下滑轨迹线的鲁棒性,提出一种基于质点动力学的轨迹鲁棒性分析方法。首先给出基于质点动力学的轨迹设计方法,根据轨迹设计的原理,提出TAEM轨迹鲁棒性的概念,给出了影响TAEM轨迹鲁棒性的不确定性因素。然后定义了能量梯度,将能量梯度作为评价能量积累和消耗能力的指标,并分析了影响能量梯度的主要因素。接着给出了末端区域能量管理轨迹鲁棒性的分析方法。最后,以某重复使用运载器( RLV)为例,分析了建模不确定性对能量走廊和标称轨迹剖面的影响。