[發明專利]一種分離體散布特性預示方法

在審

• 申請號: 201710606942.8
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107480347A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 張天翼;汶小妮;劉蕭磊;胡長偉;黃雷;韓通
• 申請（專利權）人: 湖北航天技術研究院總體設計所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務所(普通合伙)42235
• 代理人: 樊黎

技術領域

本發明涉及運載火箭技術領域，具體涉及一種分離體散布特性預示方法。

背景技術

串聯式運載火箭各級依次同軸配置、縱向連接呈寶塔形，在飛行過程中先是最下面一級工作，工作結束以后將無用的推進劑貯箱或固體火箭發動機殼體拋掉，第二級再工作，依次類推。因此，運載火箭在飛行的過程中會存在一級發動機殼體、二級發動機殼體、整流罩等各級分離體的運動。

分離體的運動屬于慣性飛行，運動的初始狀態即為分離體與運載火箭分離瞬間的狀態，在理想狀態下，分離體在地球引力與氣動阻力的作用下呈慣性飛行狀態，直至落至地面，分離體運動結束。在實際情況下，由于運載火箭總體參數的攝動變化，使得分離體在分離時刻的初始狀態與理想狀態下有所差異，而這種差異又是隨機的，使得分離體的落點位置呈散布狀態。

運載火箭在不同的發射地點，完成各類發射任務時，其發射軌跡是完全不同的，因此，在飛行過程中各級分離體的落點位置也是不同的，分離體落點的地理位置及落區范圍的劃定將直接影響發射任務的安全性，同時運載火箭在實際飛行過程中分離體運動的初始狀態時隨機的，使得落點位置也是隨機的，因此，研究分離體的散布問題，對于分離體落區范圍的劃定與飛行方案的選擇具有重要參考價值。

發明內容

本發明目的在于針對運載火箭分離體安全區的選取問題，提出一種分離體散布特性預示方法，對運載火箭完成不同的發射任務，對分離體的落區范圍獲得一個準確的結果。

分離體落點的預示基于一個含有n項隨機變量的多維函數，這些隨機變量主要是呈正態分布，且相互獨立，認識這些參數在某一區間的分布概率對系統地認識分離體落點有著重要的意義，因此，如果需要對分離體落點的計算有更加全面的分析，就必須通過大量模擬試驗或仿真計算來了解和掌握分離體落點的分布規律。

一種分離體散布特性預示方法在運載火箭彈道計算的基礎之上，獲取各級分離體分離時刻的運動狀態參數，進一步進行彈道計算，即可獲得各級分離體準確的落點位置。

本發明采用的技術方案是：

一種分離體散布特性預示方法，其特征在于：

第1步 根據運載火箭發射地點、發射軌道的類型、制導方案與載荷的質量進行典型彈道計算，提取分離體初始運動狀態；

第2步 計算分離體運動的標準彈道，獲取分離體落點的位置信息；

第3步 在各類總體參數攝動條件下，計算分離體運動的初始運動狀態的偏差量；

第4步 設置分離體運動初始狀態攝動服從的分布類型；

第5步 進行分離體蒙特卡洛數字仿真，獲取分離體落點位置的散布特性。

本發明的有益效果：可根據運載火箭的總體參數與彈道方案，通過蒙特卡洛數字仿真，獲得分離體落點位置的散布特性，對于分離體落區范圍的劃定與飛行方案的選擇具有重要參考價值，最終可提高運載火箭發射任務的安全性。

附圖說明

圖1為本發明一種分離體散布特性預示方法流程圖。

圖2為運載火箭分離體散布特性分析流程。

圖3為實施例一級分離體落點位置蒙特卡洛仿真散布圖。

圖4為實施例二級分離體落點位置蒙特卡洛仿真散布圖。

具體實施方式

下面結合附圖1和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

第1步根據運載火箭發射地點、發射軌道的類型、制導方案與載荷的質量進行典型彈道計算，提取分離體初始運動狀態；

以三級運載火箭為例，假設一、二級分離體運動的初始狀態分別為x_flt1，x_flt2，其中：

t表示分離體運動的初始時刻，Vx表示分離體x運動方向的初始速度，Vy表示分離體y運動方向的初始速度，Vz表示分離體z運動方向的初始速度，x表示分離體x運動方向的初始位置，y表示分離體y運動方向的初始位置，z表示分離體z運動方向的初始位置，m表示分離體質量，表示分離體俯仰角的大小，ψ表示分離體偏航角的大小，γ表示分離體滾轉角的大小。腳碼1,2分別表示一級分離體和二級分離體。

分離體由分離機構實施分離，假設分離的速度為V_fl，將分離速度投影到分離體的本體坐標系下，轉換的計算方法為：

矩陣A為轉換矩陣，具體表達式如下：

考慮到分離機構分離速度對分離體初始運動狀態的影響，分離體初始運動的速度變化為：