[发明专利]一种用于水平起降航天运载器质心控制的贮箱布局方法

说明书

一种用于水平起降航天运载器质心控制的贮箱布局方法，实现水平起飞航天运载器贮箱布局与推进剂消耗可控、可按需设计，解决此类航天运载器水平起飞、飞行过程中配平难度大的问题。通过采用此方法，实现飞行器质心落入控制期望的位置区间，从而降低抬头起飞难度，降低飞行中控制配平难度，本方法适合水平起飞的火箭发动机运载器，及各种组合动力运载器。

技术领域

本发明提出一种适用于水平起降航天运载器的推进剂贮箱布局设计方法，通过贮箱布局设计使运载器各飞行阶段的质心处于合理范围内，有利于运载器的飞行控制实现。本发明属于航天运输技术领域。

背景技术

在航天运输领域，传统运载火箭对轴向质心位置约束少，各子级一般直接按推进剂的体积比进行布局设计，并将重量大的推进剂设置在前方；现有翼身组合体的航天运载器在贮箱布局设计时一般也参照轴对称体火箭的布局方法，在机身内部根据体积比划分贮箱，飞行中通过发动机及控制舵进行配平控制，未将贮箱布局解决质心问题作为设计重点。

对于翼身组合体航天运载器，简单采用前重、后轻的贮箱布局，将使得飞行过程中全机质心持续显著变化，使得质心与气动焦点的距离部段变化，不利于发挥气动优势，不利于实现控制配平；对于水平起飞的翼身组合体航天运载器，水平起飞时还因推进剂满载、全机质心靠前，导致起飞滑跑距离长、抬前轮起飞困难等问题。

在航空领域，飞机根据质心包线控制要求采取比例输油等方式较为普遍，但其一般不需要增压，因此油箱数量众多、整箱分舱也较多，实施中较容易实现。相比而言航天运载器推进剂流量大、增压压力高，且低温推进剂使用越来越普遍，难以采用传统航空器的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提出一种用于水平起降航天运载器质心控制的贮箱布局方法，解决此类航天运载器水平起飞、飞行过程中质心变化大、配平难度大的问题。

本发明采用的技术解决方案：

一种用于水平起降航天运载器质心控制的贮箱布局方法，步骤如下：

(1)进行三项容积及布局初步分配；

(2)计算空机状态质心；

(3)计算满载状态质心；

(4)计算飞行实时质心，得到全程质心变化曲线；

(5)将所述全程质心变化曲线与预设的质心期望区间进行比对，确定变化趋势；

(6)试算中箱后移；

(7)调整中箱布局、调整前后箱容积分配至合理值；

(8)调整贮箱无法完全满足要求时优化推进剂输送顺序。

进一步的，所述步骤(1)进行三项容积及布局初步分配，具体为：

将双组元推进剂的水平起飞航天运载器内设置三个贮箱，分别为前箱、中箱和后箱，将甲乙两种推进剂容纳在三个贮箱内，推进剂乙放置于中箱，推进剂甲放置于前箱和后箱，前箱和后箱分别位于中箱的前方和后方；前箱和后箱的容积比初始设置为1：1，前箱和后箱的容积大于中箱的容积；推进剂甲的体积大于推进剂乙的体积。

进一步的，空机状态即航天运载器的着陆工况状态，空机状态质心处于控制质心期望区间内。

进一步的，所述步骤(3)计算满载状态质心，具体为：

满载状态是运载器水平起飞状态，满载状态质心x为