[发明专利]一种两级飞行器被动式并联分离设计方法

说明书

本发明提供了一种两级飞行器被动式并联分离设计方法，两级入轨飞行器为一级飞行器和二级飞行器，连接于平行连杆分离机构的两端，在水平起飞至分离窗口期间一级飞行器和二级飞行器在连接机构的约束下相对位置固定，到达分离窗口后，连接机构解锁，在气动阻力和平行连杆分离机构约束的共同作用下，二级飞行器向后上方转动，到达预定分离角度后平行连杆分离机构与二级飞行器解锁，一级飞行器、二级飞行器都处于自由状态开始无约束分离过程。本发明解决了一二级外形融合设计与分离设计矛盾，实现完全依靠气动力的安全分离，分离方案简单可靠。

技术领域

本发明涉及空天飞行器技术领域，尤其涉及一种被动式并联分离方案。

背景技术

两级入轨空天飞行器是人类实现低成本重复往返太空的重要方式，也是航空航天融合发展的必然趋势。空天飞行器采用背负式布局，以组合体状态水平起飞，加速爬升到分离窗口，一二级完成并联分离，然后一级返回水平着陆，二级继续爬升入轨。并联分离的安全性直接决定了飞行任务成功与否，分离设计技术是空天飞行器面临的关键难题之一。

空天飞行器要实现宽速域飞行，很大程度上受气动性能制约。为了提升组合体的气动性能，一二级外形采用融合设计，此时一级受到正升力、二级受到负升力，气动力始终使一二级处于紧紧贴合状态，融合设计使得一二级外形在气动力作用下无法分离。然而并联分离设计期望一二级在气动力作用下即可实现分离，若气动力不能驱使一二级分离将要提供弹射力等主动作用力，飞行器要付出巨大的代价损失总体性能。因此，一二级外形的融合设计与并联分离设计存在突出矛盾。目前国内外对并联分离方案研究较少，未见有公开报道有较好的分离方案可以解决该矛盾。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种通过气动力实现两级飞行器并联分离的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种两级飞行器被动式并联分离设计方法，采取技术方案如下：

两级入轨飞行器为一级飞行器和二级飞行器，连接于平行连杆分离机构的两端，在水平起飞至分离窗口期间一级飞行器和二级飞行器在连接机构(爆炸螺栓等火工品)的约束下相对位置固定，到达分离窗口后，连接机构解锁，在气动阻力和平行连杆分离机构约束的共同作用下，二级飞行器向后上方转动，到达预定分离角度后平行连杆分离机构与二级飞行器解锁，一级飞行器、二级飞行器都处于自由状态开始无约束分离过程。

进一步地，平行连杆分离机构连接于二级飞行器的轴向质心位置。

进一步地，平行连杆分离机构的长度L和预置角度θ的设计，需确保二级飞行器在平行连杆分离机构的约束下旋转到预定分离角度后，在平行连杆机构与二级飞行器解锁后，二级飞行器不受一二级飞行器的激波干扰，根据确定的预置角度θ，确定平行连杆分离机构与一级飞行器的连接位置。

进一步地，根据平行连杆分离机构确定的位置，开展数值计算，获得二级飞行器的俯仰力矩和升降舵效，以二级飞行器抬头力矩大于零、预置舵偏角度最小为依据确定预置舵偏角。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明提出了一种两级飞行器被动式并联分离设计方法，通过双连杆约束机构的设计思想，巧妙的利用一、二级飞行器气动阻力差驱动并联分离，并通过双连杆约束机构将轴向的移动转变为法向的分离，解决了背负式空天飞行器一二级外形融合设计与分离设计的矛盾。本发明中采用的平行双连杆机构结构形式简单可靠，在并联分离过程中仅提供约束作用，分离完全依靠气动力实现，是一种被动分离，不需要飞行器付出额外的能量、结构等代价。该设计方法所提出的方法在确定关键设计参数方面具有简单、可行性高的优点，得到数值计算和风洞试验的验证，具备很好的推广应用的条件。

附图说明