尕永婧，王浩苏，张青松，徐珊姝，吴义田

（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）

引 言

运载火箭可回收并多次使用是降低发射成本的重要途径，然而，返回着陆过程的实现充满了困难与挑战。垂直返回是指火箭子级在完成任务后，通过自身携带的控制系统和动力装置，按照设定的轨迹自主飞回着陆场，并以垂直的箭体姿态缓慢稳定地降落到指定着陆场。运载火箭以垂直起降方式实现重复使用的需求对动力系统、姿控系统、载荷与热环境等专业提出了新的挑战。垂直起降过程不仅要求动力系统能够提供上升段推力，还需实现垂直着陆的平稳减速和控制。为实现精准垂直着陆，发动机需具有深度推力调节及多次启动的能力，同时为满足返回过程中发动机正常启动与工作要求，需对贮箱内的推进剂进行有效管理。如安装防晃档板和消漩防塌装置抑制推进剂晃幅和减小不可用量、选用推进剂管理装置（PMD）提高推进剂的蓄流能力、采用脉冲式沉底和连续沉底等方案保证推进剂可靠沉底，从而防止进入发动机的推进剂管路夹气，以及由推进剂晃动加速换热带来的气枕压力大幅下降无法满足发动机最低泵入口压力的情况发生。

本文在调研国内外运载火箭贮箱内推进剂流动行为特性的基础上，采用Flow 3D数值模拟垂直着陆过程贮箱内推进剂流动过程，分析垂直着陆过程中箱内推进剂的流动行为特性及相关影响因素。

1 国内外研究现状及发展趋势

当前实现运载火箭子级回收的主要技术途径有伞降回收、带翼飞回以及垂直着陆回收3种方式。……