[发明专利]多级运载航天器分离可靠性仿真平台

摘要

一种多级运载航天器分离可靠性仿真平台，所述多级运载航天器包括上面级和下面级，仿真平台包括试验参数设置子系统、分离动力学仿真子系统和可靠性分析子系统。试验参数设置子系统作为仿真平台的底层，通过读取标准参数设置文件进行随机试验参数的配置并利用界面调整修改部分参数。分离动力学仿真子系统按三个阶段对多级运载航天器进行分离动力学仿真。可靠性分析子系统，根据分离动力学仿真子系统多次仿真过程中得到的数据，分析整个分离阶段分离的可靠性和显著性水平。本发明将分离系统与可靠性理论相结合，实现了从配置、仿真到可靠性验证的一体化分析。

主权项

1.一种多级运载航天器分离可靠性仿真平台，其特征在于：所述多级运载航天器包括上面级和下面级，仿真平台包括试验参数设置子系统、分离动力学仿真子系统和可靠性分析子系统：试验参数设置子系统作为仿真平台的底层，通过读取标准参数设置文件进行随机试验参数的配置并利用界面调整修改部分参数；试验参数设置子系统包括仿真参数设置模块、动力学参数设置模块、载荷参数设置模块、气动配置模块、偏差配置单元以及可靠性分析参数配置模块，仿真参数设置模块用于配置仿真时间、积分步长、仿真试验次数；动力学参数设置模块包括设置组合体质心初始位置、初始速度、初始姿态角、初始姿态角速度,设置上面级、下面级各自的质量、转动惯量和在分离坐标系中各自质心的位置矢量；载荷参数设置模块包括设置发动机安装位置、安装角、推力差值文件路径，增减反推火箭个数并设置每个反推火箭的安装位置、安装角、推力差值文件路径，增减分离接头并设置每个分离接头的在分离坐标系下的位置、分离拉脱阻力的作用距离范围、拉脱阻力的系数，设置固定锁或导向销的分离模式，其中导向销分离模式还要设置导向销的安装位置、刚度系数和阻尼系数；气动配置模块包括设置上面级、下面级和组合体的特征面积、特征长度和压心系数、轴向力系数、法向力系数、横向力系数、风场参数的差值文件路径；偏差配置单元载入偏差分布类型和对应分布的参数，为多次仿真试验中分离动力学仿真子系统的输入参数提供偏差参数；可靠性分析参数配置模块用于设置可靠性判据、极限安全距离、特征点对位置；其中特征点对设置有多组，用于多级运载航天器分离可靠性评估；多组特征点对是指由用户在上面级和下面级间设置的多组特征点对，任一组特征点对均由位于多级运载航天器其上面级上的任意一点以及位于多级运载航天器其下面级上的任意一点组成；分离动力学仿真子系统建立多级运载航天器运动仿真模型按三个阶段对多级运载航天器进行分离动力学仿真：仿真初始阶段，多级运载航天器的上面级和下面级未分离，在发动机推力、空气动力和地球引力作用下，以组合体的形式进行二体运动；多级运载航天器的上面级和下面级开始分离后，多级运载航天器的上面级以及下面级受到发动机推力、空气动力和地球引力作用，还受到分离机构的约束内力，上面级和下面级各自进行受约束的二体运动；多级运载航天器的上面级以及下面级完全分离后，分离机构的约束内力消失，上面级和下面级按二体自由运动飞行；利用分离动力学仿真子系统多次仿真，获得多次仿真试验过程中分离阶段各组特征点对中上、下面级特征点间的距离；可靠性分析子系统，根据分离动力学仿真子系统多次仿真过程中换算得到的分离阶段各组特征点对中上、下面级特征点间的距离，统计分析整个分离阶段中各组特征点对中上、下面级特征点间距离的最大值、最小值和平均值以及分离的可靠性和显著性水平。