[发明专利]一种分离体散布特性预示方法

说明书

技术领域

本发明涉及运载火箭技术领域，具体涉及一种分离体散布特性预示方法。

背景技术

串联式运载火箭各级依次同轴配置、纵向连接呈宝塔形，在飞行过程中先是最下面一级工作，工作结束以后将无用的推进剂贮箱或固体火箭发动机壳体抛掉，第二级再工作，依次类推。因此，运载火箭在飞行的过程中会存在一级发动机壳体、二级发动机壳体、整流罩等各级分离体的运动。

分离体的运动属于惯性飞行，运动的初始状态即为分离体与运载火箭分离瞬间的状态，在理想状态下，分离体在地球引力与气动阻力的作用下呈惯性飞行状态，直至落至地面，分离体运动结束。在实际情况下，由于运载火箭总体参数的摄动变化，使得分离体在分离时刻的初始状态与理想状态下有所差异，而这种差异又是随机的，使得分离体的落点位置呈散布状态。

运载火箭在不同的发射地点，完成各类发射任务时，其发射轨迹是完全不同的，因此，在飞行过程中各级分离体的落点位置也是不同的，分离体落点的地理位置及落区范围的划定将直接影响发射任务的安全性，同时运载火箭在实际飞行过程中分离体运动的初始状态时随机的，使得落点位置也是随机的，因此，研究分离体的散布问题，对于分离体落区范围的划定与飞行方案的选择具有重要参考价值。

发明内容

本发明目的在于针对运载火箭分离体安全区的选取问题，提出一种分离体散布特性预示方法，对运载火箭完成不同的发射任务，对分离体的落区范围获得一个准确的结果。

分离体落点的预示基于一个含有n项随机变量的多维函数，这些随机变量主要是呈正态分布，且相互独立，认识这些参数在某一区间的分布概率对系统地认识分离体落点有着重要的意义，因此，如果需要对分离体落点的计算有更加全面的分析，就必须通过大量模拟试验或仿真计算来了解和掌握分离体落点的分布规律。

一种分离体散布特性预示方法在运载火箭弹道计算的基础之上，获取各级分离体分离时刻的运动状态参数，进一步进行弹道计算，即可获得各级分离体准确的落点位置。

本发明采用的技术方案是：

一种分离体散布特性预示方法，其特征在于：

第1步 根据运载火箭发射地点、发射轨道的类型、制导方案与载荷的质量进行典型弹道计算，提取分离体初始运动状态；

第2步 计算分离体运动的标准弹道，获取分离体落点的位置信息；

第3步 在各类总体参数摄动条件下，计算分离体运动的初始运动状态的偏差量；

第4步 设置分离体运动初始状态摄动服从的分布类型；

第5步 进行分离体蒙特卡洛数字仿真，获取分离体落点位置的散布特性。

本发明的有益效果：可根据运载火箭的总体参数与弹道方案，通过蒙特卡洛数字仿真，获得分离体落点位置的散布特性，对于分离体落区范围的划定与飞行方案的选择具有重要参考价值，最终可提高运载火箭发射任务的安全性。

附图说明

图1为本发明一种分离体散布特性预示方法流程图。

图2为运载火箭分离体散布特性分析流程。

图3为实施例一级分离体落点位置蒙特卡洛仿真散布图。

图4为实施例二级分离体落点位置蒙特卡洛仿真散布图。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明做进一步的详细说明。

第1步根据运载火箭发射地点、发射轨道的类型、制导方案与载荷的质量进行典型弹道计算，提取分离体初始运动状态；

以三级运载火箭为例，假设一、二级分离体运动的初始状态分别为x_flt1，x_flt2，其中：

t表示分离体运动的初始时刻，Vx表示分离体x运动方向的初始速度，Vy表示分离体y运动方向的初始速度，Vz表示分离体z运动方向的初始速度，x表示分离体x运动方向的初始位置，y表示分离体y运动方向的初始位置，z表示分离体z运动方向的初始位置，m表示分离体质量，表示分离体俯仰角的大小，ψ表示分离体偏航角的大小，γ表示分离体滚转角的大小。脚码1,2分别表示一级分离体和二级分离体。

分离体由分离机构实施分离，假设分离的速度为V_fl，将分离速度投影到分离体的本体坐标系下，转换的计算方法为：

矩阵A为转换矩阵，具体表达式如下：

考虑到分离机构分离速度对分离体初始运动状态的影响，分离体初始运动的速度变化为：