姿控发动机羽流气动力测量试验方案初探`.pdf

工程技术 载人航天2011年第6期 姿控发动机羽流气动力测量试验方案初探 王文龙 周建平 蔡国飙 (1北京航空航天大学宇航学院 2中国载人航天工程办公室) 摘 要 航天器的姿控发动机羽流对大型太阳能电池翼产生气动力效应越来越受到工程 设计部 门的重视。首次提出了117N姿控发动机羽流撞击太阳能电池翼的气动力的地面测量 试验方案。针对地面试验的三个技术难点，采用抽速千万升每秒的液氦深冷泵技术满足高放 气量的动态真空度要求；用可调节弹簧机构克服重力对气动力测量的影响；采用测量位移的 方法间接测量气动力的数值大小，采用高精度的电磁力校准装置对测量系统进行原位校准， 校准过程消除了系统误差对测量精度 的影响，测量精度较高。 关键词 真空羽流 气动力 测量 方案 分类号 V417~．4 文献标识码 A 文章编号 1674—5825 (2011)06—0051—06 诺德空军试验中心(AEDC)对一个典型的 100磅推 1引 言 力发动机进行了全尺寸羽流撞击平板试验Ⅲ；1977 卫星、飞船、空问站等航天器上有许多用于调整 年，Lengrand，J．C．等人在法国真空羽流试验设备 SR3 航天器姿态的发动机，这些姿控发动机工作时的喷 中采用氮气作工质，对 不“完全射流对平板气动力分 流在真空条件下会迅速膨胀形成真空羽流，真空羽 布”进行了测量 ；1985年，德国的Dettleff，G．等人试 流撞击到航天器的大型太阳能电池翼上会形成羽流 验验证了发动机羽流在连续流区和过渡区对航天器 气动力效应。由于航天器上太阳能电池翼数量较多， 表面的撞击效应}3_，Legge．H等人进行了姿控发动机羽 不可能全部安装在航天器的质心处 ，也不可能完全 流流动和碰撞的试验研究14]；1988年，Rogers，A．等人 对称布置，又因为太阳能电池翼质心与航天器质心 在真空室中测量了小推力发动机羽流撞击气动力分 间存在距离且受力不对称，真空羽流对太阳能电池 布，并由试验结果转换得到真实条件下羽流撞击气 翼的气动力或气动力矩会对整个航天器的质心产生 动力网；1994年，PenkoP．F．对羽流气动力碰撞锥体进 附加气动力矩，给航天器的姿态调整带来影响，进而 行了试验研究嘲；1991年，Detteleff，G．对羽流流动和 增加航天器调姿的推进剂消耗、降低航天器寿命。美 羽流碰撞进行了综述网；2002年 ，俄罗斯中央机械设 国 “卫星通讯 (STACOM)”卫星，由于推力为0．6N的 计研究院的Lapygin，V．I．等人介绍了一种六 自由度 单组元发动机羽流气动力对太阳能电池翼的撞击构 的气动力、气动力矩测量传感器，并用该型传感器对 成干扰力矩，需要增加推进剂的携带量，加重了长寿 羽流气动力进行了试验研究 ol。 命卫星的设计困难。 国内针对真空羽流气动力效应试验研究较少， 国外对姿控发动机气动力的试验研究起步于20 2002年北京空气动力研究所的程晓丽等人进行了小 世纪60年代 ，为了 “阿波罗”登月计划的需要 ，美国 推力发动机高空羽流场测量 1『1；2005年北京航空航 首次对双组元液体火箭发动机的羽流核心区气动力 天大学的张建华等人在低密度风洞中对真空羽流撞 进行了试验研究。1966年，Piesik．E．T．等人在美国阿 击平板的气动力进行了试验研究 2【1；2007年上海交通 来稿 日期：2OlO一09—02；修回日期：2011-08—19。 作者简介：王文龙 (198