关键词:
电磁助推
空天飞行器
超声速地面效应
分离
进气道
离地高度
制动加速度
摘要:
组合动力空天飞行器是未来天地输运系统的重要发展方向。借助电磁助推起飞是解决空天飞行难题的新兴技术途径。针对电磁近地助推分离存在的风险,以腹式进气两级入轨飞行器Stargazer为研究对象,采用经近地多体干扰风洞试验校验的数值方法,研究了其在马赫数1.6自由空间内的基础特性和分离流场结构,并探究了离地高度和电磁制动加速度对分离安全性的影响规律。结果表明,腹式进气飞行器近地分离流动的独特性体现在壅塞阶段,期间进气道在叠加近地激波反射和电磁助推级激波干扰后壅塞加剧,存在分离泡和激波的生成、消退,导致飞行器迅速抬头;在多体干扰和独立地面效应阶段,受助推级头部激波低头冲击和轨道面反射激波影响,飞行器转而持续低头。因此,整个分离过程存在严重风险。改变离地高度会直接改变地面反射激波对飞行器下表面的作用位置,进而影响分离安全性:增加离地高度至0.3倍飞行器全长,激波结构能够减弱前期抬头速度和后期低头速度,导致分离结束后,垂向间距12.4 m,俯仰角-5.3°,最大垂向过载7.6g,满足安全性条件。制动加速度主要通过改变助推级干扰阶段和独立地效阶段的时长以影响分离过程,选取150~200 m/s^(2)进行制动有效平衡了两阶段的干扰利弊,使分离轨迹满足预期目标。