Bilim adamları, Tianwen-1 Mars Giriş Kapsülünün süpersonik dinamik özelliklerini nasıl test etti?

Tianwen-1 Mars giriş kapsülü, 14 Mayıs 2021 saat 23:18 UTC’de güney Utopia planitia’da Mars yüzeyine başarıyla indi. Karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, kapsül gibi tipik bir kör gövdenin süpersonik seyahat sırasında dinamik kararsızlığa maruz kalmasıdır. Kararsız Mach uçuş aralığını araştırmak ve iniş aracının aerodinamik şeklinin ve kütle özelliklerinin tasarımını doğrulamak, Mars’a girişin sağlanmasında kilit rol oynadı. Yakın zamanda yayınlanan bir araştırma makalesinde Uzay: Bilim ve Teknoloji, Pekin Uzay Aracı Sistem Mühendisliği Enstitüsü’nden Haogong Wei, Tianwen-1’in süpersonik dinamik özelliklerini yakalamak için bir balistik menzil testi gerçekleştirdi.

Tianwen-1’in kör gövde giriş kapsülü, Mach 1.8’de paraşüt açılmadan önce saldırı açısını 0°’ye ayarlamak için Mach 2.8’de bir trim tırnağı açacak şekilde programlandı. Bununla birlikte, kör gövde giriş araçlarının transonik ve süpersonik dinamik karakteristiklerini sayısal yöntemlerle hesaplamak zordur, çünkü ayrılma, yeniden bağlanma, uyanma ve zaman gecikmesi gibi geçici ve kararsız akış fenomenlerini doğru bir şekilde yakalamak zordur. Bu nedenle araştırmacılar, uçuş dinamiklerini yer testi yöntemleriyle incelemeyi tercih ediyor. Zorunlu salınım, serbest salınım ve serbest uçuş dahil olmak üzere üç tür test vardır. Bununla birlikte, bu yöntem akış alanında önemli bir bozulmaya neden olduğundan, zorunlu salınım testleri ile doğru dinamik karakteristikleri yakalamak zordur. Serbest salınım yöntemi, yalnızca basitleştirilmiş bir serbest uçuş yöntemi olarak kabul edilen tek bir serbestlik derecesinde dinamik yanıtı elde etmek için kullanılabilir. Bu nedenle dinamik modelin gerçek dinamik özelliklerini yansıtan serbest uçuş yöntemi uygun bir alternatiftir.

Bu çalışmada yazarlar, Tianwen-1’in statik ve dinamik aerodinamik özelliklerini tipik süpersonik koşullar altında kırpılmış ve kırpılmamış konfigürasyonlarda elde etmek ve süpersonik statik ve dinamik aerodinamiğin sayısal hesaplama sonuçlarını doğrulamak için bir serbest uçuş balistik menzil testi gerçekleştirdiler. kapsülün özellikleri. Testler, Çin Aerodinamik Araştırma ve Geliştirme Merkezi’nin 200m Serbest Uçuş Balistik Menzili’nde gerçekleştirildi. Odadaki test ortamı havaydı. Binoküler ölçüm istasyonları, testten önce kalibre edilecek ve küresel baz referans koordinat sistemine göre hizalanacak olan model uçuş yönü boyunca kuruldu. Ölçeklendirilmiş test modellerinin iki konfigürasyonu vardı: kırpılmış (kırpma tırnağı açılmış) ve kırpılmamış (kırpma tırnağı katlanmış).

İlk olarak, serbest uçuş balistik menzil testi için aerodinamik parametrelerin tanımlama algoritması oluşturuldu: Serbest uçuş ölçekli modellerin aerodinamik katsayıları, konum ve durum verilerine dayalı olarak değiştirilmiş doğrusal regresyon yöntemiyle türetildi. Statik ve dinamik katsayılar, küçük açılı doğrusallaştırma varsayımı altında oluşturulmuştur. Daha sonra, kapsülün konum ve tutum, konum salınımı, aerodinamik kuvvet, statik ve dinamik stabilitesi analizleri yapıldı ve sonuçlar, balistik menzil testinin Tianwen-1 Mars giriş kapsülünün tutum davranışlarını ve aerodinamik özelliklerini yakaladığını gösterdi. Elde edilen yunuslama ve yalpalama momenti katsayıları, kapsülün aerodinamik özelliklerini tartışmak için kullanıldı. Düzeltilmiş konfigürasyondaki kapsül, eğim ve sapma yönlerinde dinamik olarak kararsızdır, oysa trimlenmemiş konfigürasyon dinamik olarak stabildir. Her iki durumda da kapsül, eğim ve sapma yönlerinde statik olarak kararlıdır.

Beijing Institute of Technology Press tarafından sağlanmıştır.