[发明专利]一种适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计及验证方法

说明书

本发明公开了一种适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计及验证方法，可以高效、准确的给出多舱段复杂航天器质量特性设计结果，并给出验证方案，确保航天器实际状态满足设计要求，简化了工作量，可以提高航天器整体研制效率。

技术领域

本发明属于航天器总体总装设计技术领域，具体涉及一种适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计及验证方法。

背景技术

深空探测航天器大部分具有多舱段的特点，在轨飞行中，根据任务需求进行舱段分解和对接，此时航天器质量特性会发生较大变化，而深空探测航天器在轨飞行的各阶段均有较高的质量特性要求。在总重量有严格限制的前提下，如何对航天器质量特性进行最优设计，使航天器在轨各个阶段的质量特性均满足要求一直是多舱段结构形式的深空探测航天器设计的难点。

北京空间技术研制试验中心的专利《确定航天器质量特性的方法》(CN201711031544.4)给出了航天器质量特性的确认方法，此方法主要是通过实物测量，获得质量特性数据，然后修正模型参数，最终计算出航天器质量特性。此方法对于单舱段形式的航天器有效，但对于多舱段复杂航天器来说，缺乏将各阶段质量特性要求和各阶段推进剂剩余状态分解至每个舱段的质量特性设计方法，因此不适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计及验证。

北京空间飞行器总体设计部的专利《一种航天器质量特性快速分析方法》(CN201310059681.4)给出了航天器质量特性快速分析方法，此方法主要是采用航天器各设备、产品的理论质量特性，计算出航天器初步质量特性。此方法只是数值计算方法，采用理论值计算出来的质量特性与实际误差较大，因此不适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计及验证。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计及验证方法，可以在多舱段复杂航天器设计初期高效、准确的给出质量特性设计结果，并给出验证方案，在航天器完成总装工作后，可以快速获取航天器质量特性，有效的简化了工作量，提高航天器整体研制效率。

一种适用于多舱段复杂航天器的质量特性设计方法，包括如下步骤：

第一步，对探测任务进行分析，获取航天器质量特性设计输入；

第二步，根据第一步的输入，重复执行如下S21-S23，得到每个阶段航天器不含推进剂状态的各阶段质量特性要求，具体方法如下：

S21、根据贮箱大小和当前阶段剩余推进剂，获得单个贮箱推进剂的质量特性；

S22、根据贮箱位置并结合步骤S21的结果获得推进剂的总质量特性；

S23、利用步骤S22的结果结合当前阶段航天器的质量特性要求，获得不含推进剂的航天器质量特性要求；

第三步，分析每个阶段中航天器的舱段组合状态，选择典型组合状态，结合不含推进剂的航天器质量特性要求，得到航天器每个舱段的质量特性设计结果，并复核其他组合状态的质量特性满足性，如果满足，得到最终的航天器的质量特性要求；如果不满足，根据不满足状态修改部分舱段质量特性要求。

较佳的，所述步骤S21的具体方法为：

设推进剂氧化剂密度为ρ_y，推进剂燃烧剂的密度为ρ_r,混合比为1.65，总质量为m，所有贮箱半径均为R；

①获得每个贮箱中的推进剂质量，其中每个燃烧剂贮箱中的燃烧剂质量为m_r，每个氧化剂贮箱中的氧化剂质量为m_y：

②通过如下方程组获得燃烧剂贮箱液面高度h_r；