带外置翼片的返回式载人航天器结构

　　该结构针对近地轨道往返任务的返回阶段需求设计，核心舱体采用大钝头旋压成型的回转构型，舱体中段设置环形承力框，外置四片对称分布的翼状稳定结构，翼片根部通过预埋的钛合金连接座与舱体承力框刚性连接，翼片自身采用蜂窝夹层复合结构，在再入大气层阶段可提供稳定的气动阻尼，避免舱体出现无规则滚转。舱体前端为钝头防热层安装面，预留了多层防热瓦的安装定位槽，防热层与舱体主结构之间设置12mm厚度的隔热缓冲垫层，可抵消再入过程中气动加热带来的结构热胀变形量。舱体尾部设置三组对称分布的小型姿控喷管安装位，喷管轴线与舱体轴线呈15度夹角，可在返回段黑障区外提供姿态微调力矩，配合翼片的气动稳定作用，将舱体再入过程的姿态角偏差控制在正负3度范围内。

　　从安装边界来看，舱体最大外径为2400mm，翼片展开后整体最大径向尺寸为3800mm，轴向总长度为2600mm，适配现役主流整流罩的包络尺寸要求，无需对运载火箭整流罩做定制化修改即可完成搭载。翼片与舱体连接位置设置有爆炸螺栓安装孔，在着陆前可通过起爆指令将四片翼片整体抛离，避免翼片结构在着陆冲击阶段刺入舱体，威胁内部乘员安全。舱体主承力壳段采用铝锂合金整体铣削成型，壳段壁厚从前端的8mm向后端逐步过渡到5mm，在保证结构强度的前提下尽可能降低结构死重，壳段内壁预留有仪器安装支架的螺纹孔位，孔位按照通用航天设备安装间距排布，可适配不同型号的导航、通讯、生命保障设备的安装需求。环形承力框除了连接翼片结构外，

　　还承担着陆缓冲发动机的安装载荷，框体截面为工字型，截面高度120mm，可承受着陆瞬间15g的冲击载荷而不发生塑性变形。在气动设计层面，翼片的后掠角设置为42度，翼型采用钝头菱形翼型，在高超声速再入阶段可避免翼前缘出现过度的热流集中，翼片表面同样预留防热层安装槽，防热层采用拼接式安装，单块防热瓦尺寸不超过300mm，可在地面测试阶段快速更换受损的防热部件。舱体前端钝头的曲率半径为1800mm，该曲率经过气动仿真验证，可在再入过程中形成稳定的弓形激波，将大部分气动热量阻隔在舱体之外，配合表面的烧蚀防热层，可将舱体内壁温度控制在40摄氏度以内，满足内部设备与乘员的温度耐受要求。从实际应用场景出发，该结构可作为近地轨道空间站的人员往返载具，

　　也可经过适应性修改后用于亚轨道旅游飞行任务，当用于亚轨道任务时，可拆除部分防热结构，增加乘员观察窗的数量，在保证结构安全的前提下提升乘员的乘坐体验。结构设计过程中充分考虑了地面运输与总装的便利性，舱体主结构分为前锥段、中段承力壳、尾段三个独立模块，模块之间通过法兰盘连接，法兰盘上设置24个均匀分布的M16连接螺栓，总装时可在水平总装架上快速完成对接，单模块重量不超过900kg，可通过普通厂房的天车完成吊装作业，无需使用大吨位起重设备。翼片结构采用快拆设计，地面运输阶段可将翼片拆下单独包装，到达发射场后再完成翼片与舱体的对接安装，可大幅降低运输过程中的包络尺寸要求，适配公路、铁路等不同运输方式的尺寸限制。