[發(fā)明專利]一種用于運(yùn)載火箭整流罩旋拋分離運(yùn)動(dòng)的預(yù)示方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110478859.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN113434999A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);謝雪明;陳景鵬;何愛穎;石亦琨;譚洪義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京星途探索科技有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/15;G06F17/11
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• 代理人: 暫無(wú)信息

一種用于運(yùn)載火箭整流罩旋拋分離運(yùn)動(dòng)的預(yù)示方法，是一種可準(zhǔn)確預(yù)示火箭在真實(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)載環(huán)境下，半罩旋拋分離各階段運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法，包括彈簧作動(dòng)階段、半罩繞鉸旋轉(zhuǎn)階段、半罩脫鉤后自由運(yùn)動(dòng)階段。該方法針對(duì)多級(jí)運(yùn)載火箭大氣層外的整流罩半罩旋拋分離，通過(guò)建立真實(shí)過(guò)載環(huán)境下半罩的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，結(jié)合火箭和整流罩的結(jié)構(gòu)特性、質(zhì)量特性及彈簧作動(dòng)特性、推力特性，實(shí)現(xiàn)整流罩旋拋分離運(yùn)動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)示，同時(shí)提供旋轉(zhuǎn)鉸支座的動(dòng)態(tài)受載情況，為整流罩分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種火箭拋罩分離的運(yùn)動(dòng)參數(shù)預(yù)示技術(shù)，用于火箭在大氣層外整流罩旋拋分離設(shè)計(jì)，屬于運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈的分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

運(yùn)載火箭大多采用可拋擲的整流罩，保護(hù)衛(wèi)星等有效載荷在通過(guò)大氣層飛行時(shí)，不受氣動(dòng)加熱和氣動(dòng)力的影響，同時(shí)也使運(yùn)載火箭具有較好的氣動(dòng)外形，以減小飛行阻力。當(dāng)運(yùn)載火箭穿過(guò)大氣層、整流罩的保護(hù)作用完成后，就將其從火箭上分離拋掉，以減少火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高運(yùn)載能力。

對(duì)較大尺寸整流罩，常采用兩半罩的旋拋方式完成分離。這種分離方式的整流罩由兩個(gè)半罩組成，分離面有多點(diǎn)連接的爆炸螺栓連接，半罩下端有活動(dòng)鉸鏈與火箭的鉸支座連接。分離作動(dòng)裝置一般由數(shù)個(gè)分離彈簧組成。分離時(shí)爆炸螺栓引爆解鎖，分離彈簧作動(dòng)，兩半罩在彈簧分離力的作用下克服慣性力繞各自的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，其質(zhì)心上移且角速度迅速增大。當(dāng)分離彈簧行程結(jié)束后，半罩依靠已獲的角速度在慣性力作用下繞鉸減速轉(zhuǎn)至質(zhì)心過(guò)頂，而后繼續(xù)在慣性力作用下加速旋轉(zhuǎn)，直至與鉸支座脫鉤，完成與運(yùn)載火箭的分離。該分離方式整流罩有效容積大，分離力較小，在大型運(yùn)載火箭上應(yīng)用廣泛。

運(yùn)載火箭整流罩旋拋分離作為典型的非自由剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，目前對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)預(yù)示主要基于火箭過(guò)載環(huán)境確定的條件下進(jìn)行，其過(guò)載僅由發(fā)動(dòng)機(jī)推力產(chǎn)生，不考慮整流罩旋拋過(guò)程中彈簧分離力及旋轉(zhuǎn)鉸支座受載的動(dòng)態(tài)影響，因此造成了半罩分離運(yùn)動(dòng)參數(shù)的預(yù)示準(zhǔn)確性不足。此外，火箭分離過(guò)程中的動(dòng)態(tài)過(guò)載，作為半罩分離的關(guān)鍵性因素，其誤差對(duì)分離參數(shù)設(shè)計(jì)、分離作動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、分離安全性評(píng)估都會(huì)帶來(lái)較大不確定度，會(huì)給火箭造成較大的設(shè)計(jì)難度和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，發(fā)明一種考慮火箭真實(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)載環(huán)境下，整流罩半罩旋拋分離各階段(分離彈簧作動(dòng)階段、半罩繞鉸旋轉(zhuǎn)階段、半罩脫鉤后自由運(yùn)動(dòng)階段)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的預(yù)示技術(shù)。通過(guò)建立真實(shí)過(guò)載下半罩的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，結(jié)合火箭和整流罩的結(jié)構(gòu)特性、質(zhì)量特性及彈簧作動(dòng)特性、推力特性，實(shí)現(xiàn)分離參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)示。該方法可同時(shí)預(yù)示旋轉(zhuǎn)鉸支座動(dòng)態(tài)受載情況，且準(zhǔn)確性較好。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：(與權(quán)利要求書一致)

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：

(1)本發(fā)明的預(yù)示方法基于經(jīng)典動(dòng)力學(xué)理論，結(jié)合火箭、整流罩、分離彈簧特性并給出合理模化，保證預(yù)示結(jié)果符合實(shí)際。

(2)本發(fā)明考慮了整流罩在分離過(guò)程中兩半罩與箭體的動(dòng)態(tài)耦合作用，能夠真實(shí)準(zhǔn)確獲取火箭實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)載及對(duì)應(yīng)半罩的分離參數(shù)、鉸鏈?zhǔn)茌d情況。

(3)本發(fā)明為工程計(jì)算技術(shù)，成本較低。相比于其它科學(xué)計(jì)算方法，計(jì)算耗費(fèi)很少，相比于地面試驗(yàn)或飛行試驗(yàn)則可極大降低研制成本。

附圖說(shuō)明

圖1為采用本發(fā)明預(yù)示的箭體實(shí)時(shí)過(guò)載n_x變化曲線與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

圖2為采用本發(fā)明預(yù)示的半罩旋轉(zhuǎn)角速度ω變化曲線與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

圖3為采用本發(fā)明預(yù)示的半罩旋轉(zhuǎn)角度變化曲線與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

圖4為采用本發(fā)明預(yù)示的旋轉(zhuǎn)鉸支座動(dòng)態(tài)載荷F_y，F(xiàn)_x曲線與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

具體實(shí)施方式