大载荷高微重力水平的气球落舱回收系统.pdfVIP

大载荷高微重力水平的气球落舱回收系统士 f麟华 (中国科学院守问科学与应用研究中一心) 顾正铭 林斌 (航天T业总公司508所) 摘要 本文简要的介纫了高空高速大载荷落舱的回收系统方案设计，并讨论了在各种应急 同收条件下的开伞特点．保证落舱的安全回收。 关键词 回收系统减速伞主伞落舱可靠性 1．引言 鉴于具有高微重力水平的落舱及其微重力科学试验载荷系统的研制费用相当昂贵，冈此装 备具有高可靠性能的回收系统显得尤为重要。落舱与气球切割分离后，首先作自由垂直下落状 态飞行，在此阶段内完成预定的微莺力科学试验任务，然后回收系统开始工作，按设计程序进 行回收，使落舱完好无损的返回地面。为此目的设计该f『1I收系统时，首先要考虑系统的可靠性 与其工作性能范围(超音迷工作区、高宅性能、稳定性、动载与冲击载荷等)。由于高空高速大 载荷的回收技术可借鉴现代各种航天器的回收系统设计经验，不存在特殊的技术难点，因此该 回收系统的设计重点在于保证系统的高可靠性，在各种应急回收条件下确保落舱顺利安全同收。 回收范围的扩大，使得同收程序复杂化，本文简述了该回收系统的设计方案及其特点。 2．技术指标与设计准则 2．1技术指标 (1)落舱总质茸为800埏，总长5m。 (21回收高度34km，回收速度392m／s， rn／S。 (3)回收时空中过载小于109，着陆速度小于7 35一o (4)放置回收伞的空间容积约为o 28m3(为环形容积，外径o．95m，内彳孕o08m)。●，l 收系统安装住落舱尾部。系统I作前，首先要抛掉尾罩。 (51落舱在空中发生故障时，应备有应急措施。 22设计准则 (1)同收系统的控制自为‘个独立完整的系统，与落舱其它系统仅存在信号接口及气源输入 关系。 (2)采用冗余设计．减少单点失效环节，提高系统工作可靠性。 (3)总体安排应具有良奎f的对称性，并考虑重心位置，以不影响落舱运动的稳定性。 (4)同收系统设计除满足正常状态的回收外，还应考虑在特殊条件下的应急同收。 3．回收系统方案设训 ，国家自然科学基金资助』自同 j02 3．1设计分析： 当回收物体的速度在M3范围内时，均可直接应用降落伞系统同收，落舱在回收系统开始 工作时的速度为M1．3．因此可采用减速伞和土伞(收口)二级减速。从运行轨道计算可知，降 落伞的开伞条件为高空、超声速、低动从的环境，岗此减速伞开伞时的高度高，动压较低(额 定值为554pa)，气动阻力小于落舱重力．开伞后落舱将继续作加速运动，直至达到极限速度(落 舱阻力与重力相等)。以后，随着大气密度增加逐渐减速。在设计减速伞时，要根据极限速度442n1／s (M1 5)米计算伞的阻力面积。 该回收系统的设计重点在于保证高可靠性，当气球未能达到预定的上升高度时，需要应急 Fl收，这将改变降落伞的开伞初始条件，甚至超过允许开伞的范围。为了使回收系统在各种异 常情况下都能安全可靠的工作，首先要对落舱在不同高度释放的下降轨道进行分析计算，然后． 确定对降落伞的设计要求，再拟定各段区间的应急回收程序。 3．2．减速伞 回收物体的阻力面积c。A以及收口主伞能安全拉出时的最大动压为减速伞的设计依据。减 速伞应为主伞提供良好的开伞条件，限制主伞开伞动载，并起主伞的引导伞作用。根据开伞时 的极限速度与伞完全张开时的平衡动压计算减速伞的阻力面积，并参考相同重量级航天器回收 系统所匹配的减速伞，选用名义面积为6．2m2的带条形减速伞。由于减速伞在超声速范围工作， 尾流大而复杂，通常伞绳的总艮度为前体最人直径的10倍以上，落舱直径为1m，所以减速伞 伞绳总长度定为10m。 减速伞开伞方式有两种：其一，弹引导伞，由引导命拉出减速伞。其二，直接弹射减速伞。 前青结构重量轻，但由于在超声区域内开伞，尾流影响较大，不可知因素多，又难以实现状态 模拟试验，因此，可靠性偏低。后者直接弹射减速伞．使其强行拉直，减少