典型海上热发射动力学效应及影响因素分析

考虑海上发射环境特殊性,分析了发射船承受的典型海浪以及风环境,针对陆基发射时运载火箭直接坐落在发射台上的裸箭热发射方式,分析了该支撑形式在海上动态环境下的射前稳定性,获得海上裸箭热发射方式的承受晃动极限。为解决陆基热发射支撑方式不满足三级海况发射稳定性的问题,提出运载火箭的框架式扶稳措施,通过框架内的柔性支撑保证运载火箭的射前稳定性。构建由火箭、等效甲板、导向框架、导轨、柔性支撑、发射台等组成的发射系统动力学仿真模型,开展复杂海况条件下的发射动力学分析,获得了框架式热发射方式在典型海况条件下,不同因素对火箭出框过程飞行姿态、安全间隙等影响规律,可为运载火箭框架式热发射的海上动基座发射动力学安全性评估提供技术支撑,并用于框架式热发射方式的海上动基座环境适应性的综合评价。     

下一代主力运载火箭发展思考

针对我国下一代主力运载火箭后续发展问题，首先回顾了世界主要航天国家和地区运载火箭发展历程，分析了当前我国运载火箭发展问题，基于运载火箭自身代际发展技术规律和外部发展需求两方面，构建了运载火箭发射效能公式，据此提出了我国下一代主力运载火箭４个重点发展方向，最后给出了发展目标和建议。     

空中发射运载火箭弹道优化设计

以现有空中发射运载火箭"飞马座"(Pegasus)为研究对象,研究了空中发射运载火箭的弹道优化设计方法。在建立的空中发射运载火箭动力学模型的基础上,考虑空中发射火箭独特气动外形,设计发射全过程的飞行控制模型;给出了使用遗传算法(GA)筛选弹道优化问题全局最优初值,并交叉运用起作用集算法(ASM)与内点法对GA算法获得的初值二次寻优,从而获得空中发射火箭弹道的分级优化设计方法,另与"飞马座"空中发射运载火箭的弹道数据对比,验证了该分级优化方法相比传统弹道优化设计方法,适用的目标轨道范围广阔,发射位置灵活,能够更大程度挖掘空中发射运载火箭的运载能力。     

走向国际卫星发射市场的中国运载火箭

本文概述了我国长征系列运载火箭的研制情况和取得的成就,比较系统地介绍了目前七种型号的研制目的、技术性能、有关数据、设计特点、研制过程、发射结果及目前研制进展和使用情况,可供航天科学研究设计人员及卫星、运载火箭、发射、测控工程技术人员参考。     

黄海气象海况对海上发射运载火箭的影响

海上发射运载火箭的实施过程会受到气象海洋环境的影响和制约,气象海洋环境会直接影响海上发射窗口期的选择及发射安全。为避免海上发射在复杂气象海况条件下发生设备重大损坏、窗口长期延后和人员安全事故等问题,通过分析黄海海域波浪场、风场、温度场及降水场的分布特征及变化规律,对基于季节变化特征的海上发射实施阶段及季节性预防趋势进行分析总结,为以后在不同季节极端天气下海上发射运载火箭提供参考。     

PLC在发射控制系统中的可靠性应用研究

基于PLC(可编程逻辑控制器)的发射控制系统冗余技术在运载火箭地面测试发射控制系统中有着广泛的应用。现有运载火箭大多采用并联PLC发射控制方式来提高发射的可靠性,在实际发射中取得了一定的成功。但此方式本身存在着一定影响可靠性的潜在问题,一些问题会导致发射的推迟。本文从现有PLC发射控制系统存在的问题入手,提出几种替代的冗余架构解决方案,以可靠度计算数学模型为基础,对各种冗余方式进行可靠性和系统平均寿命的评估与分析,得出可靠性与系统平均寿命综合结果最优的冗余系统架构,对PLC在运载火箭发射控制系统中的应用具有指导意义。     

中国运载火箭地面系统发展方向研究

地面系统用于支持和保障火箭的发射与试验,对火箭的使用性能、发射能力、发射场配置及工作流程等有重要的影响。调研了国外运载火箭地面系统发展现状,总结了国外运载火箭地面系统发展趋势。从快速发射、简易发射、安全发射、自动发射和通用发射等方面提出了地面系统发展思路和主要关键技术,为我国后续运载火箭地面系统发展提供参考。     

国外空射运载火箭的发展及启示

正空基发射技术源于美、苏在上世纪70年代争霸背景下提出的反卫导弹、战略导弹空基发射设想。80年代后以相关技术成果为基础,美国开展了空射运载火箭的研制,1990年4月5日,成功发射了"飞马座"小型固体运载火箭,为空射运载火箭技术开辟了新的途径。近年来,美国提出了"作战快速响应"(ORS)计划、商业航天计划、"空间增强军事作战效能计划"(SEEME),并相继开展了"快速到达"(QuickReach)、"运载器一号"、     

评定运载火箭成本的TRANSCOST模型及其应用

首先介绍评定运载火箭的研制和发射成本的解析模型的结构,着重讨论评定使用成本的新方法,并引入众多参数来修正模型.尔后以“阿里安”4后继型为例,讨论用于未来系统分析和成本比较的模型,分析了采用10种不同方案的可贮低温燃料两级火箭的研制和发射成本.欧洲未来运载火箭系统的关键是要最佳解决有限的研制费用与期望的最低发射成本之间的矛盾.多次使用系统能使发射成本大为降低,但研制费用较大.基于实际参数的成本解析模型能为选择运载火箭方案提供重要的信息.     

运载火箭组装与测试远程协同信息平台技术

为适应未来高频度发射任务需求,在借鉴国内外远程协同及信息应用技术基础上,以中国运载火箭组装、测试及发射任务为背景,通过对功能需求和技术难点分析,设计了运载火箭组装与测试远程协同应用系统,对关键技术进行了分析和论述,为运载火箭远程测试、协同决策发射提供有效技术解决途径。     

从月球逃逸探测小行星的发射机会搜索

从月球逃逸探测小行星的发射机会搜索因需考虑日、地、月引力的影响而使问题变得复杂。针对该多体系统的发射机会搜索问题,提出了一种分层渐近的搜索方法。该方法首先通过分析地月系质心与小行星的几何关系,搜索从地月系质心到小行星的发射机会,进而以地月运动为研究对象,推导出了从月球轨道切向逃逸机会的判别条件,并基于此判别条件及等高线图法对逃逸机会进行了搜索。同时,为提高所得发射机会在多体模型下的轨道修正收敛性,给出了基于月心逃逸轨道参数为终端约束的日-地与日-地-月动力学模型的轨道渐近修正方法。最后,以近地小行星(3908)Nyx和(190491)2000 FJ20为例,搜索其从月球逃逸的发射机会,仿真计算表明了该方法的有效性。     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

全向发射状态下运载火箭变结构自适应滑模控制

针对运载火箭全向发射后,系统通道间存在交连耦合问题,提出了基于解耦的变结构自适应滑模控制方法。首先建立了运载火箭全向发射姿态动力学模型;其次推导了一种工程上实用的姿态角预补偿解耦控制方法,并重点分析了残余耦合对姿控系统的影响;最后针对解耦后系统的残余耦合和火箭结构干扰,提出了变结构自适应滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐近稳定性。仿真校验了本文提出的控制方法能够实现火箭在全向发射情况下的姿态稳定。     

多约束交会对接发射窗口的分析和规划

针对交会对接任务对发射窗口的轨道日照角、光学导航测量设备阳光抑制角和轨道共面等多项约束,建立了交会对接发射窗口计算数学模型,给出了交会对接发射窗口计算方法与流程,分析了各种约束对交会对接发射窗口的影响。计算并构建了交会对接任务目标飞行器和追踪飞行器的年度日照发射窗口集合。按照2种任务规划思路分别给出了确定目标飞行器和追踪飞行器年度共面窗口集合的方法,为多约束交会对接年度发射窗口的日窗口和时刻窗口的分析和规划提供了清晰的结果。仿真结果验证了交会对接年度发射窗口集合的正确性和有效性,模型、方法和结果可作为交会对接任务发射窗口分析和规划的依据。
     

运载火箭多体动力学建模与仿真技术研究

针对新一代运载火箭结构动力学与控制系统耦合强烈、严重影响火箭的飞行稳定问题,提出一种基于多体动力学虚拟样机建模与仿真的方法,有效解决运载火箭姿态动力学模型地面难以验证的困难。首先阐述了在运载火箭姿态动力学分析中应用多体虚拟样机的基本思路;然后对多体动力学模型与传统火箭姿态动力学模型在建模原理上的差异进行分析,指出引入多体仿真技术的意义;最后针对新一代火箭,提出并实现一种多体虚拟样机建模方法,仿真并验证了新一代火箭姿态控制模型与控制参数设计的正确性。本文的研究表明,航天器系统设计中常遇到复杂的动力学耦合问题,采用多体动力学虚拟样机仿真是一种行之有效的方法。     

中国运载火箭测试发射模式发展思路研究

运载火箭的测试发射模式对火箭和发射场总体方案起着重要作用,目前各国常用的测发模式主要有一平两垂、三垂和三平模式。研究和总结国内外运载火箭测发模式及其特点,从任务适应性、环境适应性、可靠性和安全性、经济性这4个指标中细化出13项影响因素,在此基础上开展了3种测发模式影响因素对比分析。结合我国发射场环境地质条件和现有建设条件,提出一种运载火箭测发模式定量分析方法,完成了我国小型、中型、大型及重型运载火箭在现有4个发射场最优测发模式分析,为我国运载火箭未来测发模式发展提供重要参考。     

基于力法的超静定捆绑火箭传力特性研究

对于采用超静定捆绑的助推器来说,对捆绑装置载荷的准确预示是开展构型论证、结构设计和优化的关键工作。基于力法,推导了超静定捆绑助推器的捆绑载荷解析模型,并通过有限元方法进行了验证。在此基础上,获得了捆绑装置刚度、安装位置及捆绑个数对捆绑载荷的影响规律,从而为工程应用提供了一定的参考和理论支撑。     

运载火箭飞行测量数据误差分析的小波方法

以提高火箭飞行跟踪测量数据处理精度为目的。结合弹道处理的实际，将小波理论运用于火箭弹道测最数据的分析。本文首先针对火箭飞行弹道测量数据的特征，应用小波理论建立了弹道测量数据事后误差分析处理方法的杠架模型，创建了雷达测量数据诸元的多项式和B样条时序分析模型，提出并验证了雷达测量数据的随机分布模型；其次，对受到噪声干扰时间段数据模型出现严重病态的情况，建立了基于多项式拟合和B样条函数选取有限时间段拟合的火箭弹道建模和预测的二次建模方法；最后，利用所提出的分析处理方法对某次任务两个测量站雷达弹道测量数据的分析，处理效果显著，精度理想。实验验证了上述方法是一种理想的弹道测量数据事后误差分析处理方法。     

高空飞行环境中液体运载火箭底部热环境研究

采用数值模拟和飞行测试验证相结合的方法对液体运载火箭高空对流/辐射耦合换热问题开展系统深入研究。基于燃气多组分输运Navier-Stokes方程、热辐射方程、Realizable k-ε两方程湍流模型，建立了高空含自由流的运载火箭燃气喷流流动模型。辐射模型采用离散坐标法(DOM)，空间离散采用二阶迎风TVD格式，对多个典型飞行高度火箭底部热流进行大型并行计算，将数值结果与试验数据进行广泛对比，验证了计算模型的精度和有效性。数值研究表明，火箭底部辐射热流在刚起飞阶段达到最大值，随着飞行高度上升，辐射热流逐渐降低，火箭底部对流热流表现为先升高后降低的趋势，并在20 km高空达到峰值。本文的预测分析方法对液体运载火箭底部热防护设计具有重要的理论意义和工程应用价值。