类Starship飞行器大迎角动态特性数值研究

再入飞行器的动态稳定性是其任务成败的关键因素,因此有必要对新型类Starship飞行器大迎角动态特性进行深入研究。为辨识动导数,采用基于分区弹簧近似法动网格技术的非定常N-S方程求解器开展强迫振动的数值仿真。有限体积离散采用Roe格式及SST湍流模型,时间方向采用全隐式GMRES方法进行迭代求解。在高超声速弹道外形(Hyper ballistic shape,HBS)标模验证的基础上,获得了类Starship飞行器典型大迎角状态下不同飞行马赫数、重心位置、操纵面偏转角、迎角和减缩频率的俯仰动导数变化规律:典型状态下,俯仰动导数超声速时为负,亚声速时为正;随不同因素的变化,Ma=0.3和Ma=5.0时的俯仰动态特性差异明显;高速下操纵面上偏会导致阻尼减小,且后翼影响更显著。计算结果表明了本文方法在宽速域、大空域复杂外形飞行器动态特性辨识中的应用价值。

Starship新型舵面形式气动特性数值模拟

作为新型垂直起降的载人航天器,Starship采用了新型舵面控制方式,其通过前后两组可沿轴线方向偏转的翼面来实现对机体的控制。通过CFD数值模拟手段对该种舵面形式的气动特性进行了系统研究,得到了该种舵面偏转方式对飞行器升阻力和三轴力矩的影响,并分析了其内在机理。在小攻角下,Starship后翼为操纵面,其偏转对控制力系数的影响较为显著,偏转角度与控制力系数基本成线性关系;前翼偏转则对阻力系数的影响较为显著,偏转角度与阻力系数基本线性相关。后翼偏转角与俯仰力矩系数和滚转力矩系数的线性相关性较好,对偏航力矩系数也有耦合影响。前翼的偏转对偏航力矩系数的影响显著,同时与滚转力矩系数和俯仰力矩系数的耦合较小。在大攻角下,尤其是在着陆阶段攻角大于90°的情况下,传统的襟副翼控制方式失效概率高,而新型舵面控制形式前翼和后翼偏转与三轴力矩系数的相关性仍非常强。其对于俯仰通道、滚转通道和偏航通道均能保持良好的操纵特性。

类星舰飞行器翻转着陆轨迹优化

星舰是美国太空探索技术公司(SpaceX)研制的新一代可重复使用航天运输系统。该类型飞行器的着陆过程与传统航天器截然不同,具有姿态机动大、约束条件多、精度要求高的特点。首先研究了类星舰飞行器翻转着陆段的动力学模型,将发动机摆角响应引入动力学方程来抑制发动机摆角振荡问题。接着,基于凸优化方法设计了可以考虑姿态机动和典型约束条件下类星舰飞行器飞行时间自由的翻转着陆轨迹优化算法。为了提高算法的收敛性,使用虚拟控制、在目标函数中惩罚信赖域并给出了初值选取方法。最后,结合数值优化结果,分析了不同初值选取方法、发动机摆角响应、着陆发动机个数和优化目标选取对翻转着陆过程的影响。

超重-星舰运输系统机构技术分析

超重-星舰(Super Heavy-Starship)运输系统是美国太空探索公司(Space Exploration Technologies Corp.,SpaceX)提出的两级完全可重复使用重型运载火箭。超重-星舰运输系统广泛应用机构技术以实现火箭的连接分离、气动控制、着陆缓冲等功能,同时采用高压冷气等取代传统火工品作为动力源。针对超重-星舰运输系统的着陆缓冲机构、栅格舵机构、阻力舵机构、级间分离机构、气驱机构,阐述机构组成、工作原理、设计思路、优缺点,总结SpaceX公司机构技术的创新点,分析中国运载火箭机构技术在研制及应用方面的差距和不足,并提出相应的发展建议。

星舰-超重体系与开发的范式变革探究

为了梳理和分析星舰-超重体系与开发的模式,及其相比以往航天运输体系的变革,本文首先回顾星舰-超重的宏观演化与微观验证历程,而后评估基于星舰-超重的太空新物流体系优势与挑战,最后探讨资本驱动下航天运输系统价值网升维与开发范式变革的内在逻辑。研究发现:星舰-超重的开发理念是“创新引领,市场运作;宏观演化,微观验证”,本质是资本内在增值需求推动新技术、新平台的快速集成和应用。

SpaceX公司超重﹣星舰组合体首飞异常情况初步分析

2023年4月,美国太空探索技术(SpaceX)公司研制的两级完全重复使用太空运输系统“超重-星舰”进行了首次飞行试验,飞行中多台发动机出现工作异常,速度、高度严重偏离飞行剖面,最终在一级飞行段爆炸解体。结合调研获得的各类特征参数,首先对超重-星舰的首飞剖面进行了预示和反演设计,然后梳理了实际飞行中的各类异常事件,并对火箭各系统的工作情况和典型过程进行了复现,最后对其故障原因进行了分析和研判。

SpaceX 公司星舰航天器载人深空探测任务浅析

针对星舰航天器载人深空探测任务,概述了系统基本情况,介绍了SpaceX公司针对该系统支持载人月球、载人火星探测任务的初步方案,分别对星舰航天器飞行期间和星表停留期间的能力及性能需求进行分析,考虑实际工程情况估算了任务规模并总结了关键技术,最后针对载人深空探测提出了几点思考与建议,可为后续工程规划及方案论证提供参考。

星舰气动性能及任务特性仿真分析

通过对星舰的总体参数和气动布局进行反演建模,采用数值仿真方法,分析星舰的气动布局特点、前后翼面操纵控制策略、典型载人登月任务推演等。结果表明:星舰再入返回采用低质阻比有翼锥柱体外形设计,与传统航天飞机的返回方式不同,再入时末端速度较低,前后翼面在小、大攻角下均能实现对舰体姿态的有效控制,采用创新性的气动翼面和发动机反推组合控制技术,充分利用气动减速,实现舰体平躺再入返回和垂直降落的回收模式。经分析可知,星舰载人登月任务需发射在轨补给星舰次数偏多;采用轨道式投送方案时,星舰具备实现全球1 h快速抵达任务能力。

SpaceX公司星舰第二次飞行异常情况初步分析

2023年11月18日,美国太空探索技术(SpaceX)公司在自建发射场,进行了星舰运载火箭的第二次轨道级发射试验,火箭一级上升段飞行正常,顺利通过最大动压,一二级火箭成功完成热分离,随后一级火箭在翻转过程中多台发动机工作异常,最终爆炸解体,二级火箭在飞行数分钟后发动机异常,触发自毁,未能达到预定轨道,发射失利。通过调研梳理了火箭一二级在发射过程中出现的异常现象,分析可能造成异常现象和飞行失利的原因,并总结经验和启示。

通向未来的“星舰舰桥”--重庆人文科技学院BIM智慧城市科研实训室项目设计

BIM技术的出现为建筑行业发展带来了巨大变革,市场上出现了较大的专业人才缺口。重庆人文科技学院于2020年6月启动BIM实训室建设项目,于同年9月竣工并正式投入使用。经过短暂数月已在学术交流、科研、参赛获奖等方面积攒下累累硕果。作为新技术的载体,实训室的设计风格需要吻合未来感,同时保持理性主义功能至上的特点。项目以"星舰舰桥"作为设计主题,隐喻建筑学院的学生将在新时代乘上BIM这艘技术的大船,乘风破浪、航向未来。

星舰气动布局性能特点分析

星舰(Starship)是当前美国太空探索公司(SpaceX)推出的新一代可重复使用航天运输系统。本文基于公开资料,采用数值仿真方法,对星舰气动布局开展了建模、计算和分析,从升阻特性、配平特性、稳定性、上反控制与传统鸭翼对比等方面对星舰布局气动特性进行了论述,同时结合弹道计算情况,开展了热环境分析及防热材料、工艺分析,从总体设计的角度对星舰布局设计理念进行剖析。研究表明:星舰采用的前后翼控制方式与大攻角飞行相匹配,能够实现大攻角全速域可控,无尾布局横航向大攻角区间静稳定,上反控制与传统鸭舵相比大攻角飞行时具有高效、低热特点。综合来说,星舰气动布局任务需求明确,设计目标清晰、方案简洁合理。

星舰动力特点及再入过程推进剂流动仿真研究

为给新一代可重复使用运载器的研发提供参考,梳理了星舰动力系统的技术特点,并采用限体积法(Volume of fraction,VOF)对再入过程中液氧贮箱三维非定常流动进行了仿真,分析了复杂加速度场下推进剂贮箱内液氧流动特性。仿真结果表明,在星舰再入着陆阶段,贮箱内推进剂发生了低频率(<0.6 Hz)、高幅度(轴向质心偏移高达20%)的晃动;并且贮箱底部推进剂产生了大量夹气现象,这可能会给发动机带来灾难性后果。

超重-星舰演变历程及未来发展方向分析

SpaceX的超重-星舰星际运输系统项目发展迅速,目前已进入轨道级试飞阶段,或将成为改变世界航天格局的又一利器。通过梳理超重-星舰系统设计迭代历程,重点总结不同阶段的主要技术变化及改进动因,分析其技术特点,并探讨了该型运载器未来的应用方向,可为中国航天运载器的发展提供启示。

超重-星舰研制进展及关键技术分析

美国SpaceX研制的两级完全重复使用运载器超重-星舰已完成4次全系统级飞行试验,取得了巨大的进展和突破。针对其历次飞行试验中暴露出来的问题及其解决方案进行分析,提炼超大规模运载器实现完全重复使用的难点问题及其关键技术,为我国突破运载火箭完全重复使用技术提供参考。

美国SpaceX超重-星舰首飞分析及对中国航天产业的启示

重复使用运载器研制是航天发展的不懈追求,美国太空探索技术公司(SpaceX)两级完全重复使用运载器超重-星舰实现首次发射,发射阶段圆满,后续飞行失控后执行自毁程序。本文介绍了超重-星舰的首飞情况与方案演进,根据超重-星舰总体方案反演分析其应用模式,梳理了超重-星舰的核心关键技术,总结了超重-星舰对航天产业的影响。最后给出了超重-星舰对中国航天产业发展的启示与建议。