火箭整流罩半罩再入过程连续流区气动特性数值研究

针对整流罩半罩与运载火箭分离后再入落点预测难的问题,结合再入实测飞行弹道数据,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对某型常用火箭整流罩半罩再入过程在连续流区的气动特性进行了全面研究,得到了再入速度在Ma为0.20~5.95和攻角为0°~360°范围内的气动参数。计算结果表明:半罩再入过程存在2个配平攻角,超音速和亚跨音速流域的第1个配平攻角分别约为95°和88°,第2个配平攻角均约为255°;在第1个和第2个配平攻角处,半罩在0°滚转角位置分别表现出在滚转方向上静稳定与非静稳定特性;沿半罩轴线方向调节其质心位置,可有效改变其配平飞行攻角,从而显著改变配平飞行升阻比。研究结果对运载火箭半罩再入落区可靠预测或一定范围内的落区调节控制具有重要价值。

柔性整流罩结构刚度优化设计研究

长征二号丙运载火箭整流罩为开放式半硬壳结构,与运载火箭分离后坠入大气层,由于整流罩半罩的结构尺寸大,周向刚度低,再入大气层时,受外界气动载荷和自身动特性的影响,经常发生不同程度的解体,导致残骸落区范围较大,为地面的疏散保障工作带来诸多困难。为有效控制落区范围,实现整流罩半罩的完整降落,对整流罩半罩开展自由边界下的动刚度优化设计研究。由于整流罩再入过程中的受力状态和振动形式复杂多变,难以通过地面试验和理论计算进行有效模拟和评估,因此通过有限元分析技术,建立了整流罩半罩的有限元模型,通过对结构参数和布局等影响因素分析,得到了关键设计参数对结构频率的影响规律,然后以此为依据,对非约束状态下的整流罩半罩开展动刚度优化,实现了整流罩半罩固有频率的有效提升。