[发明专利]一种飞行器级间分离机构的设计方法和系统

说明书

本发明属于航空航天技术领域，涉及一种飞行器级间分离机构的设计方法和系统，设计方法包括：对飞行器级间分离机构进行优化设计，指导爆炸螺栓的选型，确定出级间分离机构的分离动力源；分离过程的冲击量e，作为设计变量的同时，也作为优化目标，系统通过不断的修正设计变量，实现在满足约束条件的情况下设计出最小的分离过程冲击量。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，涉及一种飞行器级间分离机构的设计方法和系统。

背景技术

飞行器为提高运载能力、增加射程和速度，在起飞到达一定高度后，需要将燃料耗尽的下面级抛离飞行器本体以减轻后续飞行重量，实现抛离这一过程的机构称之为级间分离机构，在工作的过程中需要实现两种功能：在分离前，保证分离部件之间的可靠连接；在分离时，要确保两个分离部件的可靠分离，并要保证在分离的过程中或分离之后，不产生对飞行器本体正常飞行的危害。

通常在进行级间分离机构设计时，为了保证部件的可靠分离，会使用冗余的级间分离机构，但冗余的级间分离机构会对分离部件造成过量的冲击影响，从而影响飞行器本体的稳定性，需要控制系统和动力系统额外的付出去纠正影响。

发明内容

发明目的：提供一种飞行器级间分离机构的设计方法和系统，可以快速地完成飞行器级间分离机构的精准设计，减少对飞行器本体的额外冲击影响。

技术方案：

一种飞行器级间分离机构的设计方法，包括：

对飞行器级间分离机构进行优化设计，指导爆炸螺栓的选型，确定出级间分离机构的分离动力源；分离过程的冲击量e，作为设计变量的同时，也作为优化目标，系统通过不断的修正设计变量，实现在满足约束条件的情况下设计出最小的分离过程冲击量。

包括：

步骤1、定义飞行器级间分离结构优化过程中的设计变量、优化目标和约束条件；其中，设计变量包括：爆炸螺栓的直径、个数和分离过程的冲击量；优化目标为分离过程的冲击量最小；约束条件定义为结构最大应力小于结构材料的许用应力，以及冲击后舱段1和舱段2沿分离方向的相对速度不小于特定值；

步骤2、优化工具在约束条件限定的优化区域内对优化目标进行优化，优化后的设计变量组成一组新的设计方案，将所述新的设计方案发送给仿真模块M3，接收仿真模块M3反馈的分析结果，判断分析结果，是否满足终止条件，如满足则优化结束，否则根据系统设定的更新方法给出新的设计方案，再次进行结构分析，直到满足终止条件；

步骤3、对设计方案进行结构仿真分析，从分析结果中提取出优化所需的信息作为分析结果反馈给求解模块M2。

步骤1包括：

步骤11、对飞行器级间分离结构优化过程中设计变量的定义；数学表达式如下：

X＝{n,d,e}；

其中，X为设计变量组，由3个变量组成：n为爆炸螺栓个数，整型变量；d为爆炸螺栓直径，整型变量，单位为mm；e为分离过程的冲击量，浮点型变量，单位为N.s；

步骤12、对飞行器级间分离结构优化过程中优化目标的定义；数学表达式如下：

Min(e)；

其中，e为分离过程的冲击量，在本系统里e既是设计变量也是优化目标；

步骤13、对飞行器级间分离结构优化过程中约束条件的定义；数学表达式如下：

S＝(s1,s2,Δv)；