[发明专利]一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法

权利要求书

1.一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其预示的物理过程包括火箭级间憋压段、上面级和下面级分离运动段。其中级间憋压段环境参数由质量平衡和能量平衡方程组控制；分离运动段环境参数和运动参数由质量平衡、能量平衡和动力学平衡方程组控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：火箭级间憋压段过程中上面级发动机喷出流量与级间压力p_i和温度T_i构成如下质量平衡关系：

其中V₀为级间初始体积；R为燃气气体常数。

3.根据权利要求1、2所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：火箭级间憋压段过程中上面级发动机喷出热量与级间压力p_i和温度T_i构成如下能量平衡关系：

其中K为热损失系数，取0.01～0.10之间；c_pc为上面级发动机燃烧室定压比热容；c_vi为级间段定容比热容；T_c为上面积燃烧室温度；T_r为参考温度；取2000K。其余符号定义与权利要求2中一致。

4.根据权利要求1所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：分离运动过程中上面级发动机喷出流量级间排出流量C_ip_iA_i与级间压力p_i和温度T_i构成如下质量平衡关系：

其中C_i为级间排气流量系数；A_i为级间分离后排气面积；V_i为级间分离后体积。其余符号定义与权利要求2中一致。

5.根据权利要求1、4所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：分离运动过程中上面级发动机喷出热量级间排出热量C_ip_iA_ic_pi(T_i-T_r)与级间压力p_i和温度T_i构成如下能量平衡关系：

c_pi为级间段定容比热容。其余符号定义与权利要求2、3、4中一致。

6.根据权利要求4、5所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：级间排出流量系数C_i与级间温度T_i构成如下关系：

C_d为级间排气系数，按照拥塞处理取C_d＝1.0，γ为燃气比热比。其余符号定义与权利要求2中一致。

7.根据权利要求1、4、5所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：分离运动过程中上面级与下面级分离相对加速度与下面级发动机推力F₁，气动力D、级间相互作用力P满足如下动力学平衡关系：

其中A_w为级间分离面截面积；D₁、D₂分别为下面级、上面级的气动力；m₁、m₂分别为下面级和上面级的质量；P₁、P₂分别为下面级、上面级受到的级间作用力。其余符号定义与权利要求4中一致。

8.根据权利要求7所述的一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，其特征在于：分离运动过程中下面级、上面级受到的级间作用力P₁、P₂依据上面级推力F₂特性模化，分别满足如下关系：

P₁＝F₂+p_i(A_w-A_e)

P₂＝c_iF₂+p_i(A_w-A_e)

上式A_e为上面级发动机喷管出口面积，系数c_i采用等效截面积模化上面级燃气对下面级的影响，关系如下：

其中D_r为火箭级间段直径，D_p上面级发动机喷管出口直径，d_i为分离相对距离，θ为发动机喷管扩展角，其中k为热损失系数，取1.5～2.5之间。其余符号定义与权利要求7中一致。