[发明专利]一种用于运载火箭整流罩旋抛分离运动的预示方法

说明书

一种用于运载火箭整流罩旋抛分离运动的预示方法，是一种可准确预示火箭在真实动态过载环境下，半罩旋抛分离各阶段运动参数的方法，包括弹簧作动阶段、半罩绕铰旋转阶段、半罩脱钩后自由运动阶段。该方法针对多级运载火箭大气层外的整流罩半罩旋抛分离，通过建立真实过载环境下半罩的姿态运动方程，结合火箭和整流罩的结构特性、质量特性及弹簧作动特性、推力特性，实现整流罩旋抛分离运动参数的准确预示，同时提供旋转铰支座的动态受载情况，为整流罩分离系统设计提供了可靠的数据支撑。

技术领域

本发明是一种火箭抛罩分离的运动参数预示技术，用于火箭在大气层外整流罩旋抛分离设计，属于运载火箭和导弹的分离系统设计领域。

背景技术

运载火箭大多采用可抛掷的整流罩，保护卫星等有效载荷在通过大气层飞行时，不受气动加热和气动力的影响，同时也使运载火箭具有较好的气动外形，以减小飞行阻力。当运载火箭穿过大气层、整流罩的保护作用完成后，就将其从火箭上分离抛掉，以减少火箭的结构质量，提高运载能力。

对较大尺寸整流罩，常采用两半罩的旋抛方式完成分离。这种分离方式的整流罩由两个半罩组成，分离面有多点连接的爆炸螺栓连接，半罩下端有活动铰链与火箭的铰支座连接。分离作动装置一般由数个分离弹簧组成。分离时爆炸螺栓引爆解锁，分离弹簧作动，两半罩在弹簧分离力的作用下克服惯性力绕各自的铰链转动，其质心上移且角速度迅速增大。当分离弹簧行程结束后，半罩依靠已获的角速度在惯性力作用下绕铰减速转至质心过顶，而后继续在惯性力作用下加速旋转，直至与铰支座脱钩，完成与运载火箭的分离。该分离方式整流罩有效容积大，分离力较小，在大型运载火箭上应用广泛。

运载火箭整流罩旋抛分离作为典型的非自由刚体动力学问题，目前对其运动参数预示主要基于火箭过载环境确定的条件下进行，其过载仅由发动机推力产生，不考虑整流罩旋抛过程中弹簧分离力及旋转铰支座受载的动态影响，因此造成了半罩分离运动参数的预示准确性不足。此外，火箭分离过程中的动态过载，作为半罩分离的关键性因素，其误差对分离参数设计、分离作动装置设计、分离安全性评估都会带来较大不确定度，会给火箭造成较大的设计难度和潜在风险。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，发明一种考虑火箭真实动态过载环境下，整流罩半罩旋抛分离各阶段(分离弹簧作动阶段、半罩绕铰旋转阶段、半罩脱钩后自由运动阶段)运动参数的预示技术。通过建立真实过载下半罩的姿态运动方程，结合火箭和整流罩的结构特性、质量特性及弹簧作动特性、推力特性，实现分离参数的准确预示。该方法可同时预示旋转铰支座动态受载情况，且准确性较好。

本发明的技术解决方案是：(与权利要求书一致)

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明的预示方法基于经典动力学理论，结合火箭、整流罩、分离弹簧特性并给出合理模化，保证预示结果符合实际。

(2)本发明考虑了整流罩在分离过程中两半罩与箭体的动态耦合作用，能够真实准确获取火箭实时动态过载及对应半罩的分离参数、铰链受载情况。

(3)本发明为工程计算技术，成本较低。相比于其它科学计算方法，计算耗费很少，相比于地面试验或飞行试验则可极大降低研制成本。

附图说明

图1为采用本发明预示的箭体实时过载n_x变化曲线与试验结果对比。

图2为采用本发明预示的半罩旋转角速度ω变化曲线与试验结果对比。

图3为采用本发明预示的半罩旋转角度变化曲线与试验结果对比。

图4为采用本发明预示的旋转铰支座动态载荷F_y，F_x曲线与试验结果对比。

具体实施方式