王 辰，张宏剑，闫 伟，张 希，石玉红，郭 岳，袁 晗

（北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

引 言

兼顾技术先进性和工程可行性，使用火箭发动机动力的两级入轨重复使用运载器[1]是发展重复使用航天运载器的一个主要方向。2015年美国SpaceX公司的“猎鹰9号”（Falcon 9）火箭首次成功实现了火箭一子级的可控垂直回收后，到2020年底已成功实现70次火箭一子级回收，回收机构设计技术是其中的关键技术之一[2]。无论采用“返回原场”方式还是“不返回原场”回收方式[3]，重复使用火箭均需使用气动控制机构来实现火箭的可控返回，以实现火箭再入过程中的姿态和轨迹控制。

在众多气动控制机构方案中，栅格舵的特点使其适合在重复使用火箭上应用[4]。Falcon 9火箭级间段上的四片栅格舵（见图1）在起飞时折叠紧贴箭体外壁，级间分离后展开并能够在伺服机构和传动机构的作用下转动，产生气动力控制箭体滚转、俯仰和偏航，以实现火箭在回收平台上的精确降落。栅格舵机构是一套复杂的气动控制机构系统，其中的气动舵面称为栅格舵。如果在飞行器飞行过程中固定不动，起到增强飞行稳定性的作用，可称为栅格翼。如果在飞行过程中偏转从而起到气动控制作用的，称为栅格舵。为行文方便，本文中统称为栅格舵。

图1 Falcon 9火箭的栅格舵Fig. 1 Grid fin of Falcon 9 rocket

栅格舵是一种在有限翼展上由很多翼元组成的升力系统[5]，栅格壁镶嵌在边框内，其布局可分为框架式和蜂窝式。栅格舵展向长度较小且便于折叠，折叠后可以紧贴箭体，降低对火箭上升段的影响。……