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2021年  第8卷  第1期

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2021年第8卷第1期目录
专题:新一代中型运载火箭技术 (主持人:宋征宇 研究员,中国运载火箭技术研究院)
长征八号:长征火箭系列商业化与智慧化的先行者
宋征宇, 吴义田, 徐珊姝, 陈晓飞, 肖耘
2021, 8(1): 3-16. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200009
摘要(1330) HTML (411) PDF 1771KB(323)
摘要:
“长征八号”(CZ-8)运载火箭充分继承了在役和新一代运载火箭的研制成果,以发射太阳同步轨道(700~1 000 km)卫星为主,兼顾近地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)和地球同步转移轨道(Geostationary Transfer Orbit,GTO)。CZ-8设计有组合型和融合型两种配置,可面向多种任务,尤其针对商业发射市场,在快捷制造、系统集成、快响发射、自主无人值守、简化对发射场要求等方面开展了大量创新性实践,显著提升了竞争力。为应对未来智慧火箭的目标,开展了上升段应对推力下降故障的动态轨迹规划、起飞漂移主动控制、发射窗口自主修正等自主技术的研究和应用;针对重复使用的需求,采用集束式回收方案进行关键技术攻关和验证,按照分步发展的策略,在大型轻质着陆机构、自主制导方法等方面取得了阶段性进展,旨在将CZ-8努力打造成为性价比高、易用性好、安全性高的新一代中型主力火箭。
“长征八号”运载火箭电气系统一体化设计技术
周涛, 徐洋, 胡海峰, 章思严, 张焕鑫
2021, 8(1): 17-26. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200014
摘要(343) HTML (89) PDF 809KB(115)
摘要:
一体化设计是航天运载器电气系统发展的主要趋势。回顾了国内外新一代运载火箭电气系统的发展现状,提出了基于多余度系统总线和综合电子的新一代中型运载火箭“长征八号”电气系统架构,重点从系统集成一体化、供配电一体化、软件一体化、测试一体化、测控一体化等方面介绍了电气系统一体化设计技术。结果表明:该设计技术不仅实现了系统功能的一体化集成,而且实现了电气系统由传统的分系统研制到跨系统集成的突破。同时,该电气系统一体化设计技术可简化测试发射流程,提高运载火箭快速发射能力,满足了新一代中型运载火箭在低成本、高可靠、快速发射的需求。
液体火箭发动机自锁定机电伺服机构
姜洋, 兰天, 郑起佳, 王智慧, 赵迎鑫
2021, 8(1): 27-33. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200006
摘要(471) HTML (87) PDF 1067KB(68)
摘要:
针对我国新一代运载火箭“长征八号”批量生产和“三平”敏捷发射的需求,提出了大推力液体火箭发动机自锁定机电伺服机构方案。采用自锁定模块,设计了紧凑的串联式模块化机电作动器结构和谐振抑制控制策略,并进行了试验研究。结果表明,该方案可满足长时间水平运输零位锁定需求,具备重力力矩下长时水平测试能力,可抑制液体发动机的低频谐振,适宜批量生产,为我国新一代中型运载火箭“长征八号”的研制工作提供技术支持。
基于点云测量的运载火箭异形管路数字化制造技术
魏强, 刘凤财, 苏再为, 林彦龙
2021, 8(1): 34-41. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200011
摘要(286) HTML (76) PDF 942KB(46)
摘要:
针对目前运载火箭取样导管与箭体总装串行制造模式严重制约箭体总装周期问题,提出了利用激光扫描方法建立不同箭体实物点云模型,依据不同箭体的装配基准,从不同箭体实物点云模型中提取数据建立基准平面、基准圆心,利用基准对齐实现不同箭体实物点云模型数字化装配,并采用粗匹配、细匹配等算法对基准建立、基准对齐进行了分析。以装配后的点云模型为基础,按“点、线、面”方式建立导管模型用于后续加工。成功实现了运载火箭取样导管数字化预先制造。
垂直着陆过程推进剂流动行为特性及影响分析
尕永婧, 王浩苏, 张青松, 徐珊姝, 吴义田
2021, 8(1): 42-50. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200012
摘要(390) HTML (85) PDF 1816KB(70)
摘要:
可回收技术是实现运载火箭可重复使用的关键技术之一,采用垂直着陆的方式实现子级回收是当前研究的热点和难点,而运载火箭在起飞和垂直着陆过程中,对贮箱内推进剂的管理有较高的要求。首先调研分析了运载火箭回收技术的国内外研究现状及趋势,然后采用Flow 3D数值模拟的方法,研究了运载器垂直着陆过程中,贮箱内推进剂的流动行为特性;并对部分发动机在关机时刻的横向过载与轴向过载变化对箱内推进剂流体行为特性的影响进行了研究分析。结果表明:轴向过载变化一定的情况下,箱内推进剂的晃动幅值与横向干扰幅值相关,并且在部分发动机关机或其他轴向力突然减小的情况下,推进剂晃幅会被大幅放大,建议运载器在垂直起降过程中尽量保证飞行姿态,避免出现大幅横向干扰。
重复使用运载火箭栅格舵选型设计与工艺方案研究
王辰, 张宏剑, 闫伟, 张希, 石玉红, 郭岳, 袁晗
2021, 8(1): 51-61. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200018
摘要(308) HTML (128) PDF 1137KB(83)
摘要:
栅格舵气动控制机构是重复使用运载火箭再入返回过程的重要姿控装置。针对重复使用运载火箭的需求,结合栅格舵的几何外形特征,从工作原理、几何特征、剖面形状、前后掠等方面介绍了栅格舵设计需重点考虑的关键设计参量及其影响;结合栅格舵薄壁、复杂外形的特点和耐高温等设计需求,研究了可用于栅格舵制造的相关工艺方案及其工艺流程,从设计难度、工艺难度、产品合格率、产品精度以及成本周期等方面对各类工艺方案进行了对比分析。研究表明:栅格舵设计需遵循“优先气动设计需求、保证结构设计要求、结合工艺及成本约束”的设计原则,且制造工艺的精确近净成型是实现栅格舵设计制造一体化的重要基础,对CZ-8R等重复火箭的相关设计工作具有一定指导意义。
基于贝叶斯理论的小子样运载火箭可靠性评估技术
宋征宇, 方志耕, 赫武乐, 孙云柯, 王召, 李彩霞, 刘思峰
2021, 8(1): 62-69. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200005
摘要(315) HTML (117) PDF 530KB(60)
摘要:
针对“长征八号”(CZ-8)运载火箭技术先进、研制成本高、可靠性鉴定试验实施难度大的情况,提出一种基于贝叶斯理论的小子样可靠性评估技术。根据贝叶斯定理,充分利用验前信息及试验数据,对常见寿命分布类型单元的贝叶斯可靠性评定模型进行了构建与推导,具体包括Weibull、二项、指数3种不同寿命分布类型的部件,给出了相应可靠性评估参数的数值计算方法;结合数据预处理、贝叶斯可靠度估计模型构建与计算等步骤,归纳了数据处理、先验分布构建等工作的几种方法,并对基于贝叶斯理论的小子样可靠性评估流程进行了总结;最后,选取运载火箭系统中3种不同类型的设备进行可靠性评估。研究结果表明:所提出的方法能够充分利用既有信息,对可靠性的评定结果要优于经典方法。
商业化液体火箭箭体结构低成本快捷制造技术
杨瑞生, 陈友伟, 王婧超, 丛延
2021, 8(1): 70-79. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200008
摘要(454) HTML (136) PDF 740KB(86)
摘要:
随着航天发射应用市场的逐渐开放及快速发展,商业化是运载火箭发展的必然趋势。箭体结构系统组成复杂且涉及大量制造技术,是液体运载火箭的重要组成部分,同时也是制约火箭生产效率及成本的重要因素。如何实现箭体结构低成本快捷制造成为商业航天发展的重要研究方向。基于这种背景,系统总结目前液体运载火箭箭体结构关键结构件制造技术的应用情况,结合“长征八号”运载火箭研制,提出了商业化运载火箭结构系统的发展思路,开展了基于设计工艺一体化的箭体结构低成本快捷制造技术探索应用,有效提升了箭体结构产品质量和制造效率。
论文
行星低频射电爆发的空间探测进展
平劲松, 王明远, 张墨, 陈林杰, 董亮, 武宇翔
2021, 8(1): 80-91. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200016
摘要(332) HTML (112) PDF 810KB(50)
摘要:
在低频电磁波频带,部分行星类天体不仅存在热辐射,还存在非热的爆发辐射。其中代表性的非热辐射是行星极光射电辐射爆发,包括千米波爆发、木星百米波爆发及10米波爆发。人类对太阳系的这些射电爆发已经开展了数十年的地面和空间探测,这些探测方法可以作为遥感手段拓展用于对木星磁场及其内部构造的探测。然而,关于行星射电爆发及其变化特性和机理尚未得到完全揭示,还有许多待解之谜。太阳系外其它行星系统极可能发生类似木星的低频射电爆发。随着空间探测技术的发展,射电天文学领域在低频波段的观测能力延展覆盖到了千米、10千米波长的电磁波。未来在空间采用大型低频射电阵列有可能在揭示行星爆发机理和探测系外行星方面做出贡献。已实施的“嫦娥四号”月球探测任务携带的低频射电探测设备,作为探路者有机会在地球和木星射电爆发探测方面进行探索,获得数据并积累更多的经验。
空间甚低频太阳射电Ⅲ型爆研究进展
谭宝林, 谭程明, 黄静, 陈林杰
2021, 8(1): 92-99. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20190227002
摘要(361) HTML (79) PDF 761KB(34)
摘要:
太阳非热高能粒子流是产生灾害性空间天气事件最主要的驱动源之一,其主要观测特征是具有快速频率漂移特征的射电Ⅲ型爆。主要介绍了国际上在空间甚低频波段(<30 MHz)太阳射电Ⅲ型爆的主要观测设备和研究进展,包括具备高时间–频率分辨能力的空间和月基甚低频频谱仪等,对存在的主要问题进行了详细讨论,系统分析了空间甚低频射电探测器观测数据在太阳射电Ⅲ型爆研究方面的主要科学目标和应用前景。
基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究
陈林杰, 颜毅华, 谭宝林
2021, 8(1): 100-108. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20190411002
摘要(608) HTML (256) PDF 1436KB(116)
摘要:
目前已有空间探测器对太阳的甚低频射电爆发进行的探测主要是频谱观测,针对太阳低频射电爆发的成像观测仍然是空白,利用空间矢量天线可以对太阳低频射电爆发(包括Ⅱ型和Ⅲ型暴)进行空间定位和一定的成像观测。研究针对空间(甚)低频射电探测器对太阳射电爆发的探测,提出了利用三极子矢量天线对太阳爆发进行定位的算法;基于部分空间甚低频设备的观测数据,在不同条件下对算法进行了仿真,同时针对“嫦娥四号”上的甚低频射电探测器(同样采用了三极子矢量天线),分析了其探测太阳低频射电爆发的能力。结果表明:当信号的信噪比达到10 dB以上时,矢量天线可以实现度量级的定位精度,并进一步分析了空间低频探测器探测太阳低频射电爆发的能力。