用于控制航天飛機(jī)從航天飛行階段轉(zhuǎn)變成航空飛行階段期間的速度的裝置及相關(guān)的轉(zhuǎn)變方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在航天飛行器一一特別地航天飛機(jī)類型一一從航天飛行(spaceflight，太空飛行)階段轉(zhuǎn)變成航空飛行階段期間對該航天飛行器的速度進(jìn)行控制的裝置，并且涉及相關(guān)的轉(zhuǎn)變方法。
[0002]航天飛機(jī)是適于航空飛行的航天飛行器并且出于此目的包括升力產(chǎn)生面。作為航天飛行器，其包括例如火箭發(fā)動機(jī)和適于在缺少空氣或其他載氣的情況下對火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制的裝置。
[0003]這種飛行器的一系列問題在于其重返到大氣層中的情況中，以及特別地在于飛行器從彈道飛行或無升力式飛行轉(zhuǎn)變成航空飛行的情況中，對于航空飛行而言，飛行器使用由大氣提供的升力。
[0004]與機(jī)組人員由受訓(xùn)練的宇航員組成的飛行器一一比如先前由NASA操作的太空飛船一一相比，該航天飛機(jī)的一個(gè)特定約束在于:需要將由飛行器的結(jié)構(gòu)和乘員所經(jīng)受的載荷和加速度降低至較低的值。
【背景技術(shù)】
[0005]通過用于常規(guī)大氣層飛機(jī)的制動裝置，存在定位在機(jī)翼上方或定位在機(jī)身的上部上的空氣制動器。
[0006]另外，在大氣層飛機(jī)的情況下，存在使用起落架艙門的制動系統(tǒng)，如在美國軍用飛機(jī)F-1ll上已知的。
[0007]然而，這種裝置在太空的領(lǐng)域中的使用并不存在。
[0008]近來，為了使航天飛機(jī)或太空飛船從航天飛行轉(zhuǎn)變成航空飛行，航天飛機(jī)通過將其下部下壓以作用在空氣上，從而增大了飛行器的阻力來制動。航天飛機(jī)以這種方式制動并且高度降低。
[0009]在美國太空飛船的情況中，這種制動導(dǎo)致顯著的加熱并且機(jī)組人員經(jīng)受與隨后的減速度的強(qiáng)度對應(yīng)的重力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目標(biāo)在于提出一種用于在比如航天飛機(jī)的飛行器從航天飛行階段轉(zhuǎn)變成航空飛行階段期間對飛行器的速度進(jìn)行控制的裝置，該裝置適于允許飛機(jī)具有制動階段并且允許以減小的載荷且減速返回至航空飛行。
[0011]如先前看到的，航天飛機(jī)是能夠航空飛行并且能夠航天飛行的飛行器。
[0012]在航天飛行中，飛行器可以圍繞地球沿軌道運(yùn)行，例如繞軌道飛行，或可以簡單地具有呈特別用于亞軌道飛行的拋物線弧的形式的航線，其中，該航線具有幾十至幾百千米的最大海拔高度。在這兩種情況中，返回至航空飛行階段需要控制飛機(jī)的速度以便限制施加于該飛機(jī)以及施加于該飛機(jī)的乘員的載荷。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明提出了一種適于航空飛行的航天飛行器，該航天飛行器包括本體、限定升力產(chǎn)生面的機(jī)翼結(jié)構(gòu)以及姿態(tài)控制裝置，所述飛行器包括定位在飛行器的升力產(chǎn)生面下方的一個(gè)或多個(gè)襟翼，并且所述一個(gè)或多個(gè)襟翼在飛行器從航天飛行階段轉(zhuǎn)變成航空飛行階段期間能夠在收回位置與傾斜的展開的空氣動力學(xué)制動位置之間操縱。
[0014]優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)襟翼適于以可控制的變化傾斜度展開。
[0015]有利地，飛行器包括至少一對襟翼，所述至少一對襟翼定位在飛行器的縱向軸線的兩側(cè)。
[0016]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，襟翼適于獨(dú)立于彼此而受控制以控制飛行器的下降。
[0017]根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施方式，襟翼中的所有襟翼或一些襟翼為空氣制動裝置/起落架艙門。
[0018]有利地，襟翼能夠根據(jù)飛行階段而獨(dú)立于起落架操縱或與起落架相結(jié)合地操縱。
[0019]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，襟翼包括:用于使襟翼逆著風(fēng)眼打開的第一操縱軸線，襟翼隨后作為空氣制動器來操作；以及用于使襟翼順著風(fēng)眼打開的操縱軸線，襟翼隨后作為起落架艙門來操作。
[0020]空氣制動襟翼/起落架艙門優(yōu)選地通過下述致動器來操縱:所述致動器被規(guī)定為允許在航天下降與航空下降之間的轉(zhuǎn)變期間部分地打開空氣制動器并且允許起落架艙門被完全地打開以用于著陸，致動器適于以能夠根據(jù)飛行階段變化的方式使襟翼打開。
[0021]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，姿態(tài)控制裝置包括俯仰姿態(tài)控制面。
[0022]本發(fā)明還涉及一種用于在飛行器的下降階段期間對如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的飛行器的速度進(jìn)行控制的方法，其中，下降階段伴隨著飛行器從航天飛行階段到航空飛行階段的轉(zhuǎn)變，該下降階段包括:
[0023]-第一步驟，該第一步驟為飛行器的拋物線下降，飛行器處于大迎角的位置中；
[0024]-第二步驟，該第二步驟為將飛行器引入至俯沖位置中；以及
[0025]-第三步驟，該第三步驟為使飛行器轉(zhuǎn)為小迎角的以空氣動力學(xué)飛行的水平飛行；
[0026]對飛行器的速度的這種控制至少在第二步驟中通過使所述襟翼打開來實(shí)現(xiàn)。
[0027]大迎角位置通過飛行器的縱向軸線與速度軸線之間的大于40°的角度來特別限定。
[0028]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，通過使所述襟翼打開來控制飛行器的速度在第一步驟期間開始。
[0029]通過對包括俯仰姿態(tài)控制面的飛行器的姿態(tài)進(jìn)行控制的裝置，這些俯仰控制面優(yōu)選地被調(diào)整角度以使得在第一步驟期間對飛行器施加上仰力矩。
[0030]從第一步驟至第二步驟的轉(zhuǎn)變通過如下方式有利地發(fā)生:通過對俯仰姿態(tài)控制面進(jìn)行矯直，其中，通過打開襟翼來控制飛行器的速度。
[0031]利用在第二步驟結(jié)束時(shí)具有產(chǎn)生的升力的飛行器，轉(zhuǎn)為水平飛行的步驟優(yōu)選地通過如下的方式來執(zhí)行:調(diào)整俯仰姿態(tài)控制面的角度以便對飛行器施加上仰力矩，隨后使襟翼再次關(guān)閉。
[0032]根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施方式，本發(fā)明的包括適于作為空氣制動襟翼進(jìn)行操作的起落架艙門的航天飛機(jī)從航天域至航空域的轉(zhuǎn)變包括:
[0033]-第一步驟，該第一步驟為調(diào)整俯仰姿態(tài)控制面的角度以便對飛行器施加上仰力矩，航天飛機(jī)具有實(shí)際豎向的速度V和較大的迎角I，航天飛機(jī)保持大致水平；
[0034]-第二步驟，該第二步驟為使起落架艙門打開并且對俯仰姿態(tài)控制面進(jìn)行矯直，航天飛機(jī)因而進(jìn)入俯沖構(gòu)型，航天飛機(jī)的速度V實(shí)際上是豎向的且航天飛機(jī)具有較小的迎角I ;
[0035]-第三步驟，該第三步驟為調(diào)整俯仰姿態(tài)控制面的角度以便對飛行器施加上仰力矩并且使起落架艙門關(guān)閉，在該步驟中，航天飛機(jī)返回至航空操作，航天飛機(jī)和速度V恢復(fù)為水平的，所述飛機(jī)處于較小的迎角I。
【附圖說明】
[0036]根據(jù)閱讀本發(fā)明的一個(gè)非限制示例性實(shí)施方式的下述描述并且根據(jù)研究附圖將更好地理解本發(fā)明。這些附圖僅通過本發(fā)明的非限制示例的方式給出并且附圖描繪了:
[0037]圖1中:根據(jù)本發(fā)明的航天飛機(jī)型的飛行器的視圖；
[0038]圖2中:圖1的航天飛機(jī)的航天下降的第一階段；
[0039]圖3中:圖1的航天飛機(jī)的轉(zhuǎn)變階段；
[0040]圖4中:圖1的航天飛機(jī)的大氣層飛行階段；
[0041]圖5中:圖1的航天飛機(jī)的放大視圖；其中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，在著陸之前的最終構(gòu)型中，機(jī)翼結(jié)構(gòu)的起落架艙門處于起落架艙門使起落架艙打開的位置中。
【具體實(shí)施方式】
[0042]如上述所看到的，本發(fā)明的目標(biāo)在于提出用于比如航天飛機(jī)10的航天飛行器從航天飛行階段轉(zhuǎn)變成航空飛行階段期間對航天飛行器的速度進(jìn)行控制并且對航天飛行器上引入的載荷進(jìn)行限制的裝置。
[0043]本發(fā)明例如應(yīng)用于如圖1中所描繪的航天飛機(jī)10，該航天飛機(jī)10包括機(jī)身17、由機(jī)翼15構(gòu)成的機(jī)翼結(jié)構(gòu)、控制面12、方向舵16、火箭發(fā)動機(jī)13以及在航空飛行中操作的