[发明专利]一种运载火箭线载荷分布计算及修正方法

说明书

一种运载火箭线载荷分布计算及修正方法，涉及运载火箭气动线载荷分布(法向力系数沿轴向分布密度)计算及修正，基于运载火箭气动流场数值仿真结果，通过对箭体表面单元压力和剪切应力沿箭体轴向进行分段积分的方法，计算得到气动线载荷分布，并通过设置目标法向力系数和目标压心位置对气动线载荷分布进行修正，解决了工程计算方法误差较大的问题，相比于传统方法需要根据设计师个人经验或者试验数据对运载火箭各部段的气动力进行分配，本发明基于CFD数值仿真结果，减少对工程师个人经验的依赖，计算效率高，鲁棒性好。

技术领域

本发明涉及一种运载火箭线载荷分布计算及修正方法，属于运载火箭载荷设计领域。

背景技术

对于运载火箭等细长体飞行器，需要计算其气动线载荷分布(法向力系数沿轴向分布密度)，并根据全箭法向力系数和压心系数对气动线载荷分布进行修正。现有的气动线载荷分布计算方法基于工程计算方法，需要根据设计师个人经验或者试验数据对运载火箭各部段的气动力进行分配，在缺乏试验数据的情况下，该方法存在较大的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了因工程计算及人为因素导致的气动线载荷分布计算误差较大问题.

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种运载火箭线载荷分布计算及修正方法，包括：

(1)采用CFD方法对运载火箭三维模型气动特性进行数值仿真计算，基于数值仿真结果，输出箭体表面气动特性参数；

(2)采用分段积分方法计算气动线载荷分布；

(3)根据目标法向力系数和目标压心位置对气动线载荷分布进行修正；

(4)输出气动线载荷分布计算结果。

优选的，箭体表面气动特性参数至少包括箭体表面每个网格单元中心轴向坐标X_j、压力P_j、剪切应力法向分量τ_jy、单元面积A_j以及单元法向投影面积A_jy。

优选的，气动线载荷分布的计算方法包括：

(a)沿箭体轴向设置气动线分布载荷调配节点序列x_i，i＝1,2,,N；

(b)根据调配节点序列x_i设置箭体轴向分段控制体Δx_i，同时计算各分段控制体Δx_i的中心坐标s_i：

(c)对箭体轴向分段控制体Δx_i内的所有CFD面网格单元进行积分，根据如下公式计算分段法向力系数ΔC_ni，其中Q_ref为参考动压，A_ref为火箭参考面积：

(d)在箭体轴向分段控制体Δx_i内，根据如下公式计算法向力系数沿轴向分布密度C′_ni，其中C_n为法向力系数：

优选的，分布调配节点序列x_i在流动变化剧烈区域加密，在流动变化平缓区域稀疏。

优选的，对于卫星整流罩头锥、锥柱过渡区域、倒锥、尾翼安装区域，调配节点加密，加密后两个调配节点的距离不小于3倍局部网格单元特征尺寸；对于一子级筒段区域，稀疏调配节点，稀疏后两个调配节点的距离应不大于20倍局部网格单元特征尺寸。

优选的，气动线载荷分布修正方法包括：