[發(fā)明專利]一種固體捆綁運載火箭運載能力的小偏差快速修正方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110067660.1
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112966340A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 周城宏;程洪瑋;劉陽;譚云濤;雍子豪;谷建光;劉鷹;朱雄峰;王一杉;韓秋龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

本發(fā)明公開了一種固體捆綁運載火箭運載能力的小偏差快速修正方法，該快速修正方法包括以下步驟：給定固體捆綁運載火箭基準方案的各模塊質(zhì)量、推力、比沖和工作時長，計算固體捆綁運載火箭在指定目標軌道的運載能力；計算運載能力相對各模塊質(zhì)量的變化率；利用各模塊質(zhì)量變化和運載能力相對模塊質(zhì)量的變化率對運載能力進行修正。上述小偏差快速修正方法能夠在給定質(zhì)量偏差的情況下快速修正火箭運載能力偏差，具有簡化運載能力計算復雜度、降低計算量和提升火箭設計效率的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運載火箭總體設計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固體捆綁運載火箭運載能力的小偏差快速修正方法。

背景技術(shù)

目前，運載火箭推進動力分為固體動力和液體動力，固體發(fā)動機具備測試簡單、轉(zhuǎn)運方便特點，發(fā)射保障容易；液體發(fā)動機推進比沖較高、可精細化控制，易于規(guī)模化；通過固液結(jié)合手段，助推器選用固體動力、火箭芯級選用液體動力，采用固體捆綁運載火箭構(gòu)型助推階段依賴固體發(fā)動機提供大部分起飛推力，高空階段依賴液體發(fā)動機提供入軌推力，一方面可大幅簡化火箭發(fā)射保障難度，另一方面可最大程度發(fā)揮固體動力和液體動力優(yōu)勢。美國、歐洲、日本、印度相繼發(fā)展了多型固體捆綁運載火箭，如德爾塔4、宇宙神5、火神、阿里安5/6、H-2A/2B/3、GSLV Mk3等，其中，德爾塔4芯級采用氫氧推進，宇宙神5采用液氧煤油基礎(chǔ)級搭配氫氧上面級方案，火神采用液氧甲烷基礎(chǔ)級搭配氫氧上面級方案，分別捆綁不同數(shù)量小型固體助推器，阿里安5/6采用氫氧基礎(chǔ)級搭配常規(guī)或氫氧上面級方案，阿里安5捆綁兩枚大型固體助推器，阿里安6捆綁2枚或4枚中型固體助推器，H-2A/2B/3芯級采用氫氧推進，捆綁2枚或4枚中型固體助推器，GSLV Mk3采用常規(guī)基礎(chǔ)級搭配氫氧上面級方案，捆綁2枚大型固體助推器。固體捆綁運載火箭構(gòu)型成為世界航天大國的主要選擇方案之一。

固體助推模塊通常質(zhì)量較大，德爾塔4、火神助推器分別配置GEM-60總重34噸、裝藥量30噸，GEM-63XL總重54噸、裝藥量48噸，宇宙神5配置Aerojet研制的助推器總重46.7噸、裝藥量41噸，阿里安5助推器P241總重270噸、裝藥量240噸，阿里安6助推器P120 C總重155噸、裝藥量144噸，H-2A/B助推器SRB-A總重77噸、裝藥量66噸，H-3助推器SRB-3裝藥量67噸，GSLV Mk3助推器S200裝藥量200噸，各型火箭固體助推器占據(jù)全箭重量比例較高，重量挖潛對于運載能力影響相對較大。

運載火箭的飛行過程可以建模為重力場中變質(zhì)量火箭在氣動阻力作用下的分段加速問題，運載能力是火箭設計的最核心技術(shù)指標，在運載火箭的動力和時序確定的情況下，火箭方案調(diào)整的重要表現(xiàn)是火箭模塊質(zhì)量的小幅變化，質(zhì)量變化造成運載能力相對基準方案存在小幅偏差。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，只要火箭模塊質(zhì)量發(fā)生變化，就需要重新計算火箭的運載能力，導致總體設計過程中運載能力的計算復雜度高且計算量大。因此，即使火箭模塊質(zhì)量發(fā)生小幅變化時同樣存在運載能力計算復雜度高和計算量大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種固體捆綁運載火箭運載能力的小偏差快速修正方法，能夠在給定質(zhì)量偏差的情況下快速修正火箭運載能力偏差，具有簡化運載能力計算復雜度、降低計算量和提升火箭設計效率的特點。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種固體捆綁運載火箭運載能力的小偏差快速修正方法，包括以下步驟：

給定固體捆綁運載火箭基準方案的各模塊質(zhì)量、推力、比沖和工作時長，計算固體捆綁運載火箭在指定目標軌道的運載能力；

計算運載能力相對各模塊質(zhì)量的變化率；

利用各模塊質(zhì)量變化和運載能力相對模塊質(zhì)量的變化率對運載能力進行修正。

更進一步地，在計算固體捆綁運載火箭在指定目標軌道的運載能力的步驟中，運載能力關(guān)于各模塊的隱性函數(shù)為：