[发明专利]一种固体捆绑运载火箭运载能力的小偏差快速修正方法

说明书

本发明公开了一种固体捆绑运载火箭运载能力的小偏差快速修正方法，该快速修正方法包括以下步骤：给定固体捆绑运载火箭基准方案的各模块质量、推力、比冲和工作时长，计算固体捆绑运载火箭在指定目标轨道的运载能力；计算运载能力相对各模块质量的变化率；利用各模块质量变化和运载能力相对模块质量的变化率对运载能力进行修正。上述小偏差快速修正方法能够在给定质量偏差的情况下快速修正火箭运载能力偏差，具有简化运载能力计算复杂度、降低计算量和提升火箭设计效率的特点。

技术领域

本发明属于运载火箭总体设计技术领域，具体涉及一种固体捆绑运载火箭运载能力的小偏差快速修正方法。

背景技术

目前，运载火箭推进动力分为固体动力和液体动力，固体发动机具备测试简单、转运方便特点，发射保障容易；液体发动机推进比冲较高、可精细化控制，易于规模化；通过固液结合手段，助推器选用固体动力、火箭芯级选用液体动力，采用固体捆绑运载火箭构型助推阶段依赖固体发动机提供大部分起飞推力，高空阶段依赖液体发动机提供入轨推力，一方面可大幅简化火箭发射保障难度，另一方面可最大程度发挥固体动力和液体动力优势。美国、欧洲、日本、印度相继发展了多型固体捆绑运载火箭，如德尔塔4、宇宙神5、火神、阿里安5/6、H-2A/2B/3、GSLV Mk3等，其中，德尔塔4芯级采用氢氧推进，宇宙神5采用液氧煤油基础级搭配氢氧上面级方案，火神采用液氧甲烷基础级搭配氢氧上面级方案，分别捆绑不同数量小型固体助推器，阿里安5/6采用氢氧基础级搭配常规或氢氧上面级方案，阿里安5捆绑两枚大型固体助推器，阿里安6捆绑2枚或4枚中型固体助推器，H-2A/2B/3芯级采用氢氧推进，捆绑2枚或4枚中型固体助推器，GSLV Mk3采用常规基础级搭配氢氧上面级方案，捆绑2枚大型固体助推器。固体捆绑运载火箭构型成为世界航天大国的主要选择方案之一。

固体助推模块通常质量较大，德尔塔4、火神助推器分别配置GEM-60总重34吨、装药量30吨，GEM-63XL总重54吨、装药量48吨，宇宙神5配置Aerojet研制的助推器总重46.7吨、装药量41吨，阿里安5助推器P241总重270吨、装药量240吨，阿里安6助推器P120 C总重155吨、装药量144吨，H-2A/B助推器SRB-A总重77吨、装药量66吨，H-3助推器SRB-3装药量67吨，GSLV Mk3助推器S200装药量200吨，各型火箭固体助推器占据全箭重量比例较高，重量挖潜对于运载能力影响相对较大。

运载火箭的飞行过程可以建模为重力场中变质量火箭在气动阻力作用下的分段加速问题，运载能力是火箭设计的最核心技术指标，在运载火箭的动力和时序确定的情况下，火箭方案调整的重要表现是火箭模块质量的小幅变化，质量变化造成运载能力相对基准方案存在小幅偏差。但是，在现有技术中，只要火箭模块质量发生变化，就需要重新计算火箭的运载能力，导致总体设计过程中运载能力的计算复杂度高且计算量大。因此，即使火箭模块质量发生小幅变化时同样存在运载能力计算复杂度高和计算量大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固体捆绑运载火箭运载能力的小偏差快速修正方法，能够在给定质量偏差的情况下快速修正火箭运载能力偏差，具有简化运载能力计算复杂度、降低计算量和提升火箭设计效率的特点。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种固体捆绑运载火箭运载能力的小偏差快速修正方法，包括以下步骤：

给定固体捆绑运载火箭基准方案的各模块质量、推力、比冲和工作时长，计算固体捆绑运载火箭在指定目标轨道的运载能力；

计算运载能力相对各模块质量的变化率；

利用各模块质量变化和运载能力相对模块质量的变化率对运载能力进行修正。

更进一步地，在计算固体捆绑运载火箭在指定目标轨道的运载能力的步骤中，运载能力关于各模块的隐性函数为：