Tianwen-1 Mars-ingångskapseln landade framgångsrikt på Mars yta i södra Utopia planitia den 14 maj 2021 klockan 23:18 UTC. En av de största utmaningarna den ställdes inför är att en typisk trubbig kropp som kapseln drabbas av dynamisk instabilitet under överljudsresor. Att undersöka det instabila Mach-flygområdet och bekräfta utformningen av landarens aerodynamiska form och massaegenskaper var nyckeln för att uppnå Mars-inträdet. I en forskningsartikel som nyligen publicerades i Space:Science &Technology , genomförde Haogong Wei från Beijing Institute of Spacecraft System Engineering ett ballistiskt räckviddstest för att fånga de överljudsdynamiska egenskaperna hos Tianwen-1.

Den trubbiga kroppsingångskapseln av Tianwen-1 var programmerad att vika ut en trimflik vid Mach 2,8 för att trimma attackvinkeln mot 0° innan fallskärmsutplacering vid Mach 1,8. Transoniska och överljudsdynamiska egenskaper hos fordon med trubbiga karosser är dock svåra att beräkna med numeriska metoder, eftersom transienta och ostadiga flödesfenomen som separation, återfästning, väckning och tidsfördröjning är svåra att fånga exakt. Därför föredrar forskare att studera flygdynamik via marktestmetoder. Det finns tre typer av tester, inklusive forcerad oscillation, fri oscillation och friflygning. Det är emellertid svårt att fånga exakta dynamiska egenskaper genom forcerade oscillationstester eftersom denna metod inducerar avsevärda störningar i flödesfältet. Den fria oscillationsmetoden kan endast användas för att erhålla det dynamiska svaret i en enda frihetsgrad, vilket anses vara en förenklad friflygningsmetod. Friflygmetoden, som återspeglar den dynamiska modellens verkliga dynamiska egenskaper, är därför ett lämpligt alternativ.

I detta arbete genomförde författarna ett friflygningstest för ballistisk räckvidd för att erhålla de statiska och dynamiska aerodynamiska egenskaperna hos Tianwen-1 i trimmade och otrimmade konfigurationer under typiska överljudsförhållanden och för att verifiera de numeriska beräkningsresultaten av överljudsstatiska och dynamiska aerodynamiska egenskaper hos kapseln. Testerna utfördes i 200 m Free-Flight Ballistic Range vid China Aerodynamics Research and Development Center. Testmediet i kammaren var luft. De kikare mätstationerna installerades längs modellens flygriktning, som skulle kalibreras och anpassas till det globala basreferenskoordinatsystemet före testet. Det fanns två konfigurationer av skalade testmodeller:trimmade (med trimfliken utplacerad) och otrimmad (med trimfliken vikt).

Identifieringsalgoritmen för de aerodynamiska parametrarna för det ballistiska avståndstestet för friflygning fastställdes först:De aerodynamiska koefficienterna för skalade modeller för friflygning härleddes med en modifierad linjär regressionsmetod baserad på positions- och attityddata. De statiska och dynamiska koefficienterna fastställdes under antagandet om linjärisering med liten vinkel. Därefter gjordes analysen av kapselns position och attityd, attitydsvängning, aerodynamisk kraft, statisk och dynamisk stabilitet för kapseln och resultaten visade att det ballistiska avståndstestet fångar attitydbeteenden och aerodynamiska egenskaper hos Tianwen-1 Mars ingångskapsel. De erhållna stignings- och girmomentkoefficienterna användes för att diskutera kapselns aerodynamiska egenskaper. Kapseln i trimmad konfiguration är dynamiskt instabil i stignings- och girriktningarna, medan den otrimmade konfigurationen är dynamiskt stabil. I båda fallen är kapseln statiskt stabil i stignings- och girriktningar.