[发明专利]一种防热罩级间分离状态预报与安全性分析方法

说明书

一种防热罩级间分离状态预报与安全性分析方法，涉及航空航天技术领域，针对现有技术中两级分离过程安全性分析准确率低的问题，本申请通过射线追踪法可以判断防热罩与进入舱之间的相对距离，进而可以分析防热罩分离的安全性问题，本申请预报方法计算的防热罩脱离约束机构时与进入舱分离速度与实际状态的差异不超过0.1m/s。本申请可以提高两级分离过程安全性分析的准确率。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体为一种防热罩级间分离状态预报与安全性分析方法。

背景技术

为了安全着陆在火星表面，所有登陆火星的着陆任务都采用了类似的进入、下降和着陆(EDL)方法。这些任务都使用了带有防热罩的进入舱，以在大气进入的高气动加热期间保护着陆器。在进入舱达到超音速后，便会部署降落伞系统以减慢着陆器的速度。一旦着陆器充分减速至亚音速，就将隔热罩抛弃确保雷达工作。

在防热罩分离触发前，分离机构处于锁定状态，防热罩和进入舱锁定在一起，分离触发后，防热罩在分离约束机构的约束下与进入舱分离，约束机构对两体产生约束力和约束力矩，使两体只能沿分离方向运动，直到防热罩脱离约束机构，两体完全分离，各自独立运动。对于这类两级分离过程，通常采用拉格朗日力学或ADAMS软件来进行防热罩分离状态的预测，除此之外，还有一种CFE(Constraint Force Equation)方法来计算飞行器级间分离分离过程。但是这些方法需要考虑各类平动和转动约束，计算过程都比较复杂，而且准确率低。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中两级分离过程安全性分析准确率低的问题，提出一种防热罩级间分离状态预报与安全性分析方法。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种防热罩级间分离状态预报与安全性分析方法，包括以下步骤：

步骤一：获取进入舱和防热罩的视加速度差；

步骤二：获取防热罩受到的分离作动力、气动力数据和进入舱加速度计的比力数据，并根据防热罩受到的分离作动力、气动力数据和进入舱加速度计的比力数据得到防热罩与进入舱在分离方向的加速度差；

步骤三：根据进入舱和防热罩的视加速度差以及防热罩与进入舱在分离方向的加速度差得到分离状态方程，并根据分离状态方程得到防热罩与进入舱之间沿分离方向的运动；

步骤四：获取进入舱的运动状态，根据防热罩与进入舱之间沿分离方向的运动以及进入舱的运动状态对防热罩在分离机构约束下的运动状态进行状态预报；

步骤五：根据状态预报得到防热罩离开分离机构时的速度，并根据防热罩离开分离机构时的速度预报防热罩分离后的运动状态；

步骤六：根据防热罩分离后的运动状态与进入舱的运动状态得到防热罩在进入舱体坐标系下的视运动；

步骤七：首先将进入舱的下轮廓简化为圆锥形，将防热罩的形状简化为正棱锥，然后根据防热罩在进入舱体坐标系下的视运动并采用射线追踪法得到射线距离、并根据射线距离选出进入舱与防热罩之间最短距离，进而得到最短距离曲线；

步骤八：根据最短距离曲线判断防热罩与进入舱的碰撞安全性。

进一步的，所述视加速度差表示为：

a_rel＝(a_h-a_v)_x-(a_hc-a_vc)_x-(a_he-a_ve)_x-(a_hr-a_vr)_x

(a_hc-a_vc)_x＝0