[发明专利]一种增稳充气式再入飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及现代航空航天器的回收领域，具体为一种增稳充气式再入飞行器。

背景技术

航天器回收技术是一门涉及多学科的综合性应用技术，近些年来，随着航天事业的发展与进步，对气动力回收技术的研究已从传统意义上的降落伞技术领域扩展为柔性可展开式气动力减速领域。最具代表性的是俄罗斯正在研究的可充气再入与降落技术IRDT。在欧空局(ESA)和德国DASA以及Astrium等公司的帮助下，俄罗斯成功研制了充气式再入系统IRDT，IRDT的工作特点为：IRDT舱由耐高温的柔性编织物折叠后包裹在返回式飞行器外围，形成防热罩。防热罩在进入大气前充气，形成倒锥形包裹着返回式飞行器以免被剧烈的气动加热烧毁，并有效地进行气动减速。IRDT舱在下降过程中根据需要可数次充气以增加迎风阻力面积，最终以安全速度撞击陆地或溅落海洋中。俄罗斯于2000年2月9日，进行了IRDT1的验证试验，证明了该项技术的可行性。又于2002年7月12日，进行了IRDT2的技术验证，IRDT2在IRDT1的基础上做了部分改进，包括增加了罩内压力监控系统，落地点测量系统以及升级的飞行数据传感器。IRDT技术结构简单，质量轻，容积利用率高，稳定性好，可靠性高，可重复使用，大大减轻了回收系统的质量，大大降低了回收费用，因而一经问世，便受到国际航天界的高度关注。但是，Lavotchkin公司设计的防护罩为了实现变轨和姿态控制，装有复杂的推进装置，附加重量和体积都很大；另外，倒锥形的防热罩在下降时面临着复杂的气动环境，尾迹处的非定常涡流相互干扰，会造成充气罩的不规则摆动，严重影响返回装置的姿态和着陆精度。

卫剑征、谭惠丰等人在公开号为CN 104290921 A的中国专利中公开了一种充气展开气动阻尼减速器结构，由刚性钝头和柔性可充气结构组成，该发明的结构保证了在下降过程中可数次充气增加阻力面积、降低弹道系数、减小热流温度，最后减速到许可的着陆速度。该发明的结构具有展开速度快、质心可控、低速飞行时阻力大的特点，可以为飞行器的着陆提供一种有效的手段。但是，该结构的设计较为复杂，并且由于钝头的存在，质量较大，此外，不能方便地进行姿态控制。

叶正寅、张庆等人在公开号为CN 102730203 A的中国专利中公开了一种可控方向的再入充气罩，由倒锥形的减速罩和减速罩外缘的四个球形充气气囊组成，该发明的结构保证了在再入过程中可迅速充气成形以减速防热，并且可利用四个充气气囊产生不对称的空气动力来对整个飞行器进行姿态和轨迹控制。该发明的结构具有结构简单，质量较轻的特点，可以为飞行器的着陆提供一种有效的手段。但是，球形的充气结构在充气后产生的涡流之间由于距离较近，相互干扰严重，容易造成整个飞行器的不规则小幅摆动，不利于飞行器的安全回收。

发明内容

为了克服现有航天回收技术中存在的非定常涡流干扰造成的返回舱不规则摆动问题，本发明提出了一种增稳充气式再入飞行器。

本发明包括舵面、减速罩、仪器舱、有效载荷舱、空气压缩机和微型控制系统，其特征在于，所述减速罩环绕着所述仪器舱布置；该减速罩的一端与所述仪器舱下端连通，并以120°向该仪器舱的上端展开，使所述减速罩与所述仪器舱组成伞状的充气体。所述的舵面有四个，均布在减速罩外缘处。在该减速罩内表面的中心有仪器舱。所述仪器舱与减速罩为一个整体。有效载荷舱位于仪器舱内。空气压缩机和控制系统自下而上的安放在有效载荷舱内。空气压缩机总阀门通过充气管道分别与舵面充气口和减速罩充气口连通。

所述的四个舵面均呈等腰梯形；所述舵面的下底为与减速罩外缘表面配合的弧面，所述的弧面与减速罩的外表面粘合在一起。

所述舵面选用柔性防热材料，从外表面至内表面依次为防热层、隔热层和阻气层。所述隔热层为2层。

自所述减速罩锥形顶端向减速罩外缘方向的0％～5％之间的隔热层为四层；自减速罩锥形顶端向减速罩外缘方向的90％～100％之间的隔热层为二层；该减速罩其余部分的隔热层为一层。

在所述仪器舱顶部和四个舵面与减速罩内表面交界处分别固定有压力传感器。

在四个舵面与减速罩连接处均有舵面充气口；在四个舵面上部的外表面均有舵面排气口。在减速罩中心的仪器舱的两侧对称分布有2个减速罩充气口和2个减速罩排气口。各电磁阀门分别安装在所述各舵面充气口、舵面排气口、减速罩充气口和减速罩排气口的充气管道上，微型控制系统通过导线控制所述各电磁阀门工作。空气压缩机通过充气管道与各电磁阀门连接。