La capsule d'entrée de Mars Tianwen-1 a atterri avec succès à la surface de Mars dans le sud d'Utopia planitia le 14 mai 2021 à 23h18 UTC. L'un des plus grands défis auxquels il a été confronté est qu'un corps émoussé typique tel que la capsule souffre d'instabilité dynamique pendant le voyage supersonique. L'étude de la plage de vol instable de Mach et la confirmation de la conception de la forme aérodynamique et des propriétés de masse de l'atterrisseur étaient essentielles pour réussir l'entrée sur Mars. Dans un article de recherche récemment publié dans Space :Science &Technology , Haogong Wei de l'Institut d'ingénierie des systèmes d'engins spatiaux de Pékin a effectué un test de portée balistique pour capturer les caractéristiques dynamiques supersoniques de Tianwen-1.

La capsule d'entrée de corps émoussée de Tianwen-1 a été programmée pour déplier un volet compensateur à Mach 2,8 pour ajuster l'angle d'attaque vers 0 ° avant le déploiement du parachute à Mach 1,8. Cependant, les caractéristiques dynamiques transsoniques et supersoniques des véhicules à entrée contondante sont difficiles à calculer par des méthodes numériques, car les phénomènes d'écoulement transitoires et instables tels que la séparation, le rattachement, le sillage et le retard sont difficiles à capturer avec précision. Par conséquent, les chercheurs préfèrent étudier la dynamique de vol via des méthodes d'essai au sol. Il existe trois types de tests, y compris l'oscillation forcée, l'oscillation libre et le vol libre. Cependant, il est difficile de capturer des caractéristiques dynamiques précises par des tests d'oscillation forcée car cette méthode induit une perturbation considérable du champ d'écoulement. La méthode des oscillations libres ne permet d'obtenir la réponse dynamique qu'à un seul degré de liberté, ce qui est considéré comme une méthode de vol libre simplifiée. Ainsi, la méthode du vol libre, qui reflète les caractéristiques dynamiques réelles du modèle dynamique, est une alternative appropriée.

Dans ce travail, les auteurs ont effectué un test de portée balistique en vol libre afin d'obtenir les caractéristiques aérodynamiques statiques et dynamiques de Tianwen-1 dans des configurations ajustées et non ajustées dans des conditions supersoniques typiques et de vérifier les résultats de calcul numérique de l'aérodynamique statique et dynamique supersonique. caractéristiques de la capsule. Les tests ont été effectués dans la portée balistique en vol libre de 200 m du centre de recherche et de développement en aérodynamique de Chine. Le milieu d'essai dans la chambre était l'air. Les stations de mesure binoculaires ont été installées le long de la direction de vol du modèle, qui serait calibrée et alignée sur le système de coordonnées de référence de base global avant le test. Il y avait deux configurations de modèles d'essai à l'échelle :rogné (avec volet compensateur déployé) et non rogné (avec volet compensateur replié).

L'algorithme d'identification des paramètres aérodynamiques pour le test de portée balistique en vol libre a été établi en premier :les coefficients aérodynamiques des modèles réduits en vol libre ont été dérivés par une méthode de régression linéaire modifiée basée sur les données de position et d'attitude. Les coefficients statiques et dynamiques ont été établis sous l'hypothèse d'une linéarisation aux petits angles. Ensuite, l'analyse de la position et de l'attitude, de l'oscillation d'attitude, de la force aérodynamique, de la stabilité statique et dynamique de la capsule a été effectuée et les résultats ont démontré que le test de portée balistique capture les comportements d'attitude et les caractéristiques aérodynamiques de la capsule d'entrée de Tianwen-1 Mars. Les coefficients de moment de tangage et de lacet obtenus ont été utilisés pour discuter des caractéristiques aérodynamiques de la capsule. La capsule en configuration compensée est dynamiquement instable dans les directions de tangage et de lacet, tandis que la configuration non compensée est dynamiquement stable. Dans les deux cas, la capsule est statiquement stable dans les directions de tangage et de lacet.