[发明专利]一种基于统计分析的两级入轨空天飞行器质量估算方法

权利要求书

1.一种飞行器设计方法，其特征在于，包括：

通过拟合得到第一飞行器的结构质量与起飞总质量的第一函数关系，以及第二飞行器的结构质量与起飞总质量的第二函数关系，所述第一飞行器的负载质量包括所述第二飞行器的起飞总质量；

根据所述第一函数关系，以及所述第一飞行器的运动方程，确定所述第一飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量；

根据所述第二函数关系，以及所述第二飞行器的运动方程，确定所述第二飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述第一飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量，设计所述第一飞行器的几何形状；

根据所述第二飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量，设计所述第二飞行器的几何形状。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于吸气式组合动力的两级入轨空天飞行器设计，所述第一飞行器为下面级飞行器，所述第二飞行器为上面级飞行器，所述第一函数关系满足：m_structural-1＝Fun(m_takeoff-1)，所述第二函数关系满足：m_structural-2＝Fun(m_takeoff-2)，m_takeoff-1表示下面级飞行器的起飞总质量，m_structural-1为下面级飞行器的结构质量，m_takeoff-2表示上面级飞行器的起飞总质量，m_structural-2为上面级飞行器的结构质量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一飞行器的运动方程满足：η₀为下面级飞行器发动机的热效率，h_PR为燃料热值，F为推力，D为阻力，m_fuel-1为下面级飞行器的燃料质量，H_separation为上面级飞行器与下面级飞行器分离时的高度，H₀为下面级飞行器的起飞高度，V_separation为上面级飞行器与下面级飞行器分离时的速度，g为重力加速度，V₀为下面级飞行器的起飞速度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二飞行器的运动方程满足：I_sp为比冲，m_fuel-2为上面级飞行器的燃料质量，V_orbit为入轨速度，V_separation为上面级飞行器与下面级飞行器分离时的速度，g为重力加速度。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量满足：m_takeoff-1＝m_fuel-1+m_structural-1+m_takeoff-2，所述第二飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量满足：m_takeoff-2＝m_fuel-2+m_structural-2+m_payload，m_payload为有效载荷质量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于火箭顶推式垂直起飞两级入轨场景或三级入轨场景，所述方法还包括：

通过拟合得到第三飞行器的结构质量与起飞总质量的第三函数关系，其中，所述第一飞行器的负载质量包括所述第二飞行器的起飞总质量和所述第三飞行器的起飞总质量，所述第二飞行器的负载质量包括所述第三飞行器的起飞总质量；根据所述第三函数关系，以及所述第三飞行器的运动方程，确定所述第三飞行器的起飞总质量、结构质量、燃料质量。