短钝气动外形动稳定性时域分析

摘要

短钝气动外形多用于载人再入大气层飞行器或称飞船返回舱,其大钝头特点能够满足再入飞行期间各种飞行速度下所需的升、阻力要求,使之安全平稳着陆.短钝气动外形气动设计的主要工作之一是其动稳定性特性的研究.由于接近球形的外形特点,在亚、跨音速飞行阶段,其动稳定阻尼很小;确认返回舱具有良好的动稳定性特性,或者在控制系统参与下保持飞行姿态,确保飞行安全,是飞船返回舱动稳定性特性研究的最终目的.在传统飞行器飞行稳定性分析中,气动力以气动导数的形式引入.如果忽略气动力以外的其它因素影响,以俯仰运动方向为例,影响飞行稳定性的三个气动导数为俯仰力矩静导数或称气动刚度导数、气动阻尼导数和气动质量导数.在文献1中针对短钝气动外形,详细讨论了这些气动导数的对动稳定行为的影响.在工程上,则需要测试、计算各气动导数,用于飞行控制律设计和飞行仿真分析.气动导数概念在本质上是气动力的线性化和"静态"化,对一般飞行器的工程设计能够满足要求;但对于短钝气动外形以及另外一些情况,则必须考虑大攻角、非线性条件下动稳定参数的合理形式,以准确预示气动力特性,相应地对飞行控制系统进行设计调整.目前大多数飞行控制系统采用幅值控制方法,也是针对小攻角线性气动力情况而设计的.此种现状对返回舱等具有大范围分离流特点的飞行器安全有潜在的威胁,必须加以认真的研究。