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我国唯一的女喷流专家刘长秀风洞中打造神舟(图)

http://jczs.sina.com.cn 2005年10月26日 06:52 解放军报
我国唯一的女喷流专家刘长秀风洞中打造神舟(图)

神舟飞船返回舱试验

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我国唯一的女喷流专家刘长秀风洞中打造神舟(图)

神舟飞船逃逸飞行器在低速风洞进行试验


神舟飞船逃逸飞行器在低速风洞进行试验

视频:风洞试验为神舟飞船打造安全屏障

  “神六”飞天,再一次书写了中华民族探索宇宙奥秘、和平开发利用太空资源的新篇章。从“神五”到“神六”,在短短的两年时间里,我国广大科技工作者,发扬“特别能吃苦,特别能战斗,特别能攻关,特别能奉献”的载人航天精神,攻克了一系列技术难关,使我国载人航天事业实现了跨越式发展。“神六”飞天,举国欢腾。在欢庆“神六”凯旋的花
海笑语的背后,有着许许多多鲜为人知的感人故事,本刊特刊发一组托举“神六”飞天的幕后英雄的故事,以飨读者。——编者

  进军浩渺宇宙,是人类永恒的追求。但深邃的太空隐藏着无数的危险:气流与漩涡、低温与结冰、运动与发热、速度与音障……如何突破神秘天宇所设置的种种障碍?如何探索遨游天际的最终极限?如何把大气的力量转变为飞翔的动力?经过千万次探索,人类找到了一条重要捷径,用人工设备模拟天空形态,用试验手段探索天空奥秘,这就是——风洞。

  飞天,从求取数据开始

  飞行器空气动力学是研究飞行器在空气中运动时与空气相互作用的科学。一切飞行器在空中飞行,无一例外的要受到空气动力的作用,因此研究计算空气动力学在飞行器研制中的作用是设计一切飞行器的内在依据。

  神舟飞船研制过程中所需的气动力和气动热数据,主要都是依靠地面风洞试验和计算空气动力学这两个手段获得。这些数据,涵盖了神舟飞船由高

超音速再入大气层到返回着陆到指定地点的整个飞行走廊所需的气动力和气动热数据。

  航天员在太空对外观测的返回舱窗口区域是热防护设计的难点,窗口区域是由多种防热材料组成的,包括低密度防热材料、高密度防热材料、石英玻璃、铝合金等。用计算空气动力学手段给出各典型代表点处的温度分布,是神舟飞船研制中的重要一环。这些数据,既是风洞试验数据分析的理论基础,又是补充风洞试验不能模拟真实飞行条件的主要依据。在空气动力研究基地广大科研人员的不懈努力下,通过气动参数辨识给出了返回舱在真实飞行条件下的气动力特性,为神舟飞船改进设计和飞行试验提出了建设性意见。

  由于提供的气动力和气动热数据合理,给出的误差带准确可靠,这才确保了神舟飞船气动布局合理,强度结构和热防护设计可靠,控制系统工作正常,使飞船按预定飞行走廊安全稳定返回指定落点。

  飞天,从低速起飞

  神舟飞天,人们往往更关注

火箭腾空时的辉煌,而对低速空气动力研究,为火箭成功发射提供准确数据的风洞试验却知之甚微。载人航天在其执行任务的大部分飞行时间,都是高速甚至超高速运动,因此低速气动力问题很容易被忽略。但事实上,飞船在发射前,升空初期以及返回地面的过程中所遇到的气动力问题大多都是属于低速范围。

  火箭在垂直运输、垂直安装过程中,由于气流作用引起壳体振动,如果不检测出火箭承载的最大风速,不仅不能控制火箭发射后按预定轨迹飞行,甚至火箭在发射前就有可能被吹翻。火箭升空后,到达一定高度时就必须转弯,然后进入预定轨道,攻角过大或过小,火箭都不能正常入轨。1993年在基地进行的大攻角试验中,总装空气动力研究基地研究员刘义信带领课题组同志在试验要求高、技术难度大的情况下,克服重重困难,终于使试验取得了圆满成功。该试验模拟火箭在空中的运动状态,不仅测出了火箭入轨的状态,得到了控制参数,而且还对火箭的攻角传感器进行了标定,从而确保了火箭入轨的准确度。

  同时,该基地的低速风洞还进行了返回舱与降落伞的组合试验、伞舱盖脱离试验等,这些试验都与航天员的生命安全休戚相关。为了完成这些试验,基地对某低速风洞进行了技术改造,把试验风速从112米/秒提高到150米/秒,从而满足了试验的需求。特别是舱伞组合试验,弄清了返回舱对降落伞状态的影响,避免了降落伞与返回舱之间发生缠绕,确保了航天员的生命安全。

  10月17日,神舟六号安然着陆。现场的专家称,不仅返回舱外壳材料的烧蚀达到最佳状态,着陆姿态也达到了最佳状态,说明飞船的空气动力试验达到了很高水平。

  飞天,以确保航天员安全为重

  神舟六号载人航天飞行圆满成功,举国欢欣鼓舞,参与飞船逃逸火箭喷流试验技术研究的中国十大女杰、我国唯一的女喷流专家、基地研究员刘长秀将军更是激动万分。

  保证航天员在紧急情况下可以实现逃逸,是载人航天工程中最重要的课题之一。逃逸飞行器在运载火箭发射和主动段飞行过程中使用,其功能是保障指挥舱和航天员的安全。如果运载火箭在发射和主动段飞行过程中出现故障,逃逸飞行器将自动脱开运载火箭,在自身推力的作用下,携带指挥舱和航天员安全着陆,起到逃逸救生的作用。

  然而,逃逸飞行器头部多喷管高压喷流试验技术在我国是个空白,国际上仅美、俄等航天大国具有相应试验能力,怎么办?刘长秀挂帅成立了攻关课题组。喷流试验是一项危险性很大的工作,从喷管里喷出的

发动机气流压力高达20个大气压,噪音高达130分贝,用棉花和耳罩也难挡噪音。为了获取数据,刘长秀在这种危险而高噪音的环境中一连十天半个月地调试,有一次铜管被高压胀破,断裂的管片在厂房里飞旋,尘埃四起,窗户的玻璃被打碎,幸好她站在模型后,躲过了一劫。

  经过6年的努力,刘长秀和她的课题组终于找到了气流的喷流规律,为我国载人航天工程提供了准确可靠的风洞试验数据,使逃逸火箭多喷管高压喷流试验技术顺利通过专家组鉴定,被认为研究成果处于国内领先并达到同类技术国际先进水平,可刘长秀却落下了长期耳鸣的毛病……(本文照片由余江、周海鹏摄)

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