[发明专利]一种空天飞行器质量估算方法

权利要求书

1.一种空天飞行器质量估算方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取飞行器加速过程的一般方程；

步骤二、根据所述飞行器加速过程的一般方程，构建火箭推进模态的质量比估算模型；

步骤三、根据所述飞行器加速过程的一般方程以及所述火箭推进模态的质量比估算模型，构建吸气式推进模态的质量比估算模型；

步骤四、根据所述火箭推进模态的质量比估算模型以及所述吸气式推进模态的质量比估算模型，构建单级入轨空天飞行器的质量估算模型。

2.根据权利要求1所述的空天飞行器质量估算方法，其特征在于，步骤一中，所述获取飞行器加速过程的一般方程包括：

建立一般飞行器的加速度与推进剂消耗率之间的一般关系式，其中，沿飞行速度方向应用牛顿第二定律，并采用发动机比冲表示推力：

定义有效比冲为：

I_eff＝I_sp(1-D/T)

得到飞行器加速过程的一般方程为：

式中，m为飞行器质量，V为飞行器速度，I_sp为发动机比冲，T为发动机推力，D为飞行器阻力，g为重力加速度，γ为飞行器爬升角。

3.根据权利要求2所述的空天飞行器质量估算方法，其特征在于，步骤二中，所述根据所述飞行器加速过程的一般方程，构建火箭推进模态的质量比估算模型包括：

由于火箭推进模态下飞行器推阻比大，认为有效比冲I_eff近似等于I_sp，火箭发动机的I_sp在飞行过程中近似恒定，对飞行器加速过程的一般方程积分得到第一变换方程为：

式中，ΔV_i为第i模态的速度增量，μ_i为第i模态的质量比；

其中，

ΔV_i＝V_i+1-V_i

μ_i＝m_i/m_i+1

式中，ΔV_g为重力损失，其数值相对于速度增量ΔV一般较小，在初步估算中将其忽略；

通过第i模态的平均速度V_m估计ΔV_g，则：

V_m＝(V_i+V_i+1)/2

式中，ΔH为高度增量；

将重力损失ΔV_g代入第一变换方程，得到火箭推进模态的质量比估算模型为：

式中，V_i为第i个飞行节点的速度，V_i+1为第i+1个飞行节点的速度，H_i为第i个飞行节点的高度，H_i+1为第i+1个飞行节点的高度。

4.根据权利要求3所述的空天飞行器质量估算方法，其特征在于，将所述火箭推进模态的质量比估算模型写作以下形式：

其中，

ΔV_gi＝2g(H_i+1-H_i)/(V_i+V_i+1)

式中，ΔV_gi为第i模态的重力损失，为平均有效比冲。

5.根据权利要求4所述的空天飞行器质量估算方法，其特征在于，步骤三中，所述根据所述飞行器加速过程的一般方程以及所述火箭推进模态的质量比估算模型，构建吸气式推进模态的质量比估算模型包括：

由于吸气式推进模态下飞行器推阻比较小，阻力损失不能忽略，且发动机比冲I_sp不再是常数，故采用不同于火箭推进模态的估算方法，将一般飞行器的加速度与推进剂消耗率之间的一般关系式两端乘以V，除以m得到第二变换方程：

式中，TV为发动机的功率；

将发动机的功率TV代入第二变换方程，并假定推阻比为常数，积分得到吸气式推进模态的质量比估算模型为：

式中，η为发动机的热效率，q为燃料热值。