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再入过载的匹配渐进展开分析与卸载方法研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O175.14[理学—数学;理学—基础数学]
  • 作者机构:[1]国防科技大学航天科学与工程学院,长沙410073
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11372345)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB733100)资助的课题.
作者: 杜听, 李海阳
中文摘要:

探月飞船返回地球时将以第二宇宙速度再入地球大气层,面临极其严苛的气动环境,因此对于再入气动过载的分析具有重要意义.再入运动方程是一组非线性很强的常微分方程,数值方法计算量大,不适用于在线任务.因此,本文采用一种近似解法对气动过载进行分析.首先,基于匹配渐进展开方法将再入纵向运动解在大气外层区域与内层区域分别展开,得到统一形式的闭型近似解,在此基础上分段求解气动过载,并与精确解进行对比分析.其次,利用闭型近似解,通过当前状态反解虚拟初始条件,在此基础上提出初次过载峰值的解析预测方法,并分析了不同条件下预测的相对误差变化规律.最后,基于过载峰值的解析预测对飞船的初次再入过程进行卸载,将飞船在再入过程中耗散的总能量进行重新分配,并通过蒙特卡罗飞行仿真试验验证了卸载方法的有效性,

英文摘要:

Reentry velocity of lunar module reaches the second cosmic velocity, which could make the aerodynamic environment insupportable. So it is essential to analysis the reentry aerodynamic load. The equation of motion for reentry vehicle is a group of ordinary differential equations, and numerical methods are inadequate for online mission because their computation amount is too large. An analytical method of solving the reentry equation of motion is proposed in this paper to analyze the reentry aerodynamic load. First, matched asymptotic method is used to obtain solutions of longitudinal equation of motion in outer and inner region independently and combine them to obtain a unified closed- form solution. Reentry aerodynamic load has been analyzed in three fragments using the closed-form solution, and approximate solution of load is compared with the exact solution. Second, suppositional initial conditions are obtained by solving the closed-form solution using current state, then an analytical method of predicting the first load peak is proposed, and the relative prediction error is analyzed for different bank angles. Third, the load relief method based on load peak prediction is proposed, which can redistribute the total dissipated energy in the whole reentry process, and the validity of the method is verified by Monte Carlo simulation.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876