[发明专利]一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法

说明书

一种用于运载火箭级间热分离运动的预示方法，是一种考虑环境和运动参数耦合作用下的等效模化预示方法。该方法针对多级运载火箭大气层中的一级热分离，通过建立分离过程中级间憋压段、分离运动段的质量平衡、能量平衡和动力学平衡方程组，并模化上面级燃气对下面级的作用力，实现对热分离过程中环境参数及运动参数的同时预示，达到了较好的效果。

技术领域

本发明是一种针对运载火箭热分离运动预示的等效模化方法，用于多干扰、 强非线性下的火箭级间热分离设计，属于运载火箭和导弹的分离系统设计领域。

背景技术

运载火箭的分离系统是火箭的重要分系统，它的作用是将火箭飞行过程中 已经完成其预定工作，而且在继续飞行中无用的部分分离并抛掉，从而改善火 箭的质量特性，提高运载能力。火箭飞行中的级间分离一般有两种：一种是冷 分离，其特点是在两级分离到一定距离后，上面级发动机才点火工作。另一种 是热分离，其特点是上面级发动机点火后，级间结构才解锁分离。

两种分离方式特点鲜明，其中冷分离下级间结构承受的压强小，热流低， 但存在失控时间长、对上面级飞行的初始稳定性影响大的劣势；热分离由于上 面级发动机燃气流的作用，两级分离速度快，两级分离碰撞危险性小，上面级 初始稳定性好，但级间段结构要承受分离时的高温高压燃气作用。火箭在大气 层外的级间分离一般采用冷分离方式，而在大气层内一般采用热分离。

由于级间热分离涉及上下两级发动机的点火、关机特性，喷管堵片打开后 级间憋压特性，级间分离过程中舱段进排气特性、燃气流干扰特性等大非线性、 强耦合影响因素，给多级火箭的热分离运动预示带来了极大的困难，严重制约 了火箭分离系统设计的性能和进度。

目前对火箭级间热分离的预示主要分为两个方面开展：1)级间压力、温度 等环境参数预示；2)上面级和下面级分离相对运动参数预示。但这两方面多被 人为的强制解耦，单独开展预示。即在无分离运动下预示级间环境参数，在给 定环境参数下预示分离运动参数，两者的相关性被排除，因此导致预示误差较 大。尤其针对分离过程中上下两级间的相互作用力，作为级间热分离正常工作 的决定性因素，其误差对分离安全性影响巨大，给火箭飞行带来较大潜在风险。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，发明一种用于运载火箭级 间热分离运动预示的等效模化方法。基于多级运载火箭大气层中的一级热分离， 建立分离过程中级间憋压段、分离运动段的质量平衡、能量平衡和动力学平衡 方程组，采用模化方法处理上面级燃气对下面级作用力，计算级间热分离参数 特性。该方法可同时预示火箭热分离过程中环境参数(如压力、温度)和运动 参数(如分离速度、分离距离)的动态特性，且准确性较好。

本发明的技术解决方案是：(与权利要求书一致)

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明的预示方法以实际物理过程为基础，通过理论手段建立对应 模型的数学表达，并给定合理的边界条件，保证预示结果符合实际。

(2)本发明考虑了级间环境和上面级、下面级相对运动的相互耦合作用， 能够同时预示热分离过程中的力、热环境及分离运动参数。

(3)本发明容易实现，且成本极低。相比于其它科学计算方法，计算耗 费很小，相比于地面模拟试验则可直接减少研制成本。

附图说明

图1为本发明对级间热分离预示的级间压力变化曲线与试验结果对比。

图2为本发明对级间热分离预示的级间温度变化曲线与试验结果对比。

图3为本发明对级间热分离预示的相对分离距离曲线与试验结果对比。

图4为本发明对级间热分离预示的相对分离速度曲线与试验结果对比。

具体实施方式