关于发展商业小火箭的几点思考

近年来,小卫星已成为发展最迅猛、最具活力的商业航天领域,受到国际社会的广泛重视,其发射服务也成为商业航天创投的热点。全面梳理国外商业小火箭发展动态,在总结商业小火箭发展技术特点的基础上,通过分析和思考当前商业小火箭发展中面临的问题,如火箭能力与任务需求的匹配性、研发周期与方案设计的匹配性等,给出我国商业小火箭发展的建议,以期为其更好的发展提供新的思路。     

基于hp自适应伪谱法的固体运载火箭轨迹优化

多级固体运载火箭轨迹优化是一个多阶段多约束的最优控制问题。hp自适应伪谱法融合了有限元法和全局伪谱法的思想,采用双层优化策略对细化单元数和插值基函数的阶次进行自适应调节以满足精度和快速性要求。对基于hp自适应伪谱法的多级固体运载火箭主动段轨迹优化问题进行了数值计算,结果表明该优化方法能够很好的满足过程约束和终端入轨条件,具有收敛速度快、对初值不敏感等优点,有一定的工程应用价值。     

基于二次点火的飞行器横向转移入轨弹道设计

为了解决航天器发射过程因发射场地的地理位置约束造成的入轨夹角问题,基于火箭上面级二次点火,对航天器横向转移零速度偏差入轨弹道进行了设计。对二次点火和变射面横向转移弹道进行了研究,根据横向转移弹道特点,为简化控制程序,分时序对火箭二级非连续点火纵横向飞行程序进行了设计;并分析横向转移入轨弹道各项约束条件,建立弹道优化模型。根据弹道设计模型,以某两级液体燃料运载火箭为研究对象,对二次点火横向转移入轨弹道进行优化仿真。结果表明:入轨时刻航天器位置偏差为0.391m,速度偏差为1.277m/s,速度偏差比二次点火固定射面入轨弹道减少了737.844m/s,满足零速度偏差入轨精度要求。      

Ares V launch vehicle: An enabling capability for future space science missions

NASA's planned Ares V cargo launch vehicle offers the potential to completely change the paradigm of future space science mission architectures. Future space science telescopes desire increasingly larger telescope collecting aperture. But, current launch vehicle mass and volume constraints are a severe limit. The Ares V greatly relaxes these constraints. For example, while current launch vehicles have the ability to place a 4.5 m diameter payload with a mass of 9400 kg on to a Sun-Earth L2 transfer trajectory, the Ares V is projected to have the ability to place an 8.8 m diameter payload with a mass of approximately 60,000 kg on to the same trajectory, or 180,000 kg into Low Earth Orbit. Also the Ares V could place approximately 3000 kg (13,000 kg with a Centaur upper stage) on to a trajectory with a C3 of 106 km²/s², arriving at Saturn in 6.1 years without the use of gravity assists. This paper summarizes the current planned Ares V payload launch capability.     

可重复使用运载器再入轨迹次实时优化

新一代可重复使用运载器RLV(Reusable Launch Vehicle)再入时应具备自主导航的能力,其实现的关键是用机载计算机近实时或实时地生成一条满足各种约束条件的再入轨迹.根据RLV再入的特点,引入了新的假设,对再入轨迹方程进行简化处理,优化难度降低,工作量减少.另外引入次优化轨迹的概念,对控制量(迎角和滚转角)的优化分两步进行,每步只对当中一个控制量进行优化.这样处理能在很大程度上加快算法的收敛速度.仿真结果表明,只需10s左右的时间就能产生一条满足终端约束条件、控制量约束条件和加热率约束条件的次优化轨迹.其结果具有较好的工程应用价值.      

基于自抗扰的运载火箭主动减载控制技术

针对运载火箭穿越大风区的减载控制技术进行研究,首先对攻角反馈和加表反馈2种减载技术进行理论研究和仿真分析,得出2种方案对火箭减载都存在一定的局限性。因此引入自抗扰控制器(ADRC)技术并针对飞行减载控制对其进行改进,一方面通过状态观测器将误差补偿引入自抗扰回路;另一方面改进了自抗扰控制器中的控制律,并推导证明了新的控制律下自抗扰控制器抑制风载干扰的能力,给出了控制方程中增益的选择方法。最后以某型液体运载火箭为例在考虑其弹性振动和液体晃动条件下对比了几种方案的减载效果,仿真结果表明改进后的自抗扰控制器使飞控系统抗干扰能力增强,增大了控制律中增益选择范围,有效提高了运载火箭的减载效果,具有很强的工程应用价值。      

An architecture decomposition method of pneumatic catapult system based on OPM and DSM

The architecture strategy of the Unmanned Aerial Vehicle (UAV) pneumatic launch system should continue to evolve to adapt to complex and variable operating environments. Architecture representation, decomposition perspective, and cluster analysis play a vital role in the early phase of system architecture development. In order for the system to emerge anticipated and desirable intrinsic functional properties, an architecture decomposition method based on the Object-Process Methodology (OPM) and Design Structure Matrix (DSM) is put forward in this paper. The OPM is proposed to model the UAV launch process formally, and the matrix representation of the architecture of the pneumatic launch system is established. After the extension of the definition and operations of DSM, with the Idicula-Gutierrez-Thebeau Algorithm plus (IGTA + ) clustering algorithm, the transformation of the pneumatic launch system architecture from process decomposition to function decomposition is demonstrated in this paper. The analysis shows that the architecture decomposition of the pneumatic launch system meets the functional requirements of stakeholders.     

三平测发模式下起竖臂对运载火箭地面风载的影响

为提高运载火箭地面风载条件对地面风场较大的发射场的适应性、降低运载火箭设计载荷、减轻火箭结构质量、提高运载效率,针对三平测发模式的特点,开展起竖臂对运载火箭地面风载的影响分析。采用基于广义位移和广义载荷的运载火箭地面风载计算方法,根据起竖臂的结构特点,量化分析竖臂刚度、支承油缸刚度、抱箍数量及位置因素对运载火箭地面风载的影响程度。起竖臂刚度、抱箍数量和位置对运载火箭地面风载影响较大,提高起竖臂刚度可使根部弯矩降低24.8%,增加Ⅰ级箱间段抱箍可使根部弯矩降低38%,而支承油缸刚度对运载火箭地面风载几乎没有影响。     

小型固体运载火箭六自由度弹道仿真

针对控制系统采用侧喷流发动机和栅格舵的新型小型多级固体运载火箭开展六自由度弹道仿真研究。给出侧喷流发动机安装模型和推力模型以及开关机控制规律,阐明气动力和气动力矩计算方法;并建立了固体发动机推力模型,以及完整的六自由度弹道动力学和运动学模型。仿真结果表明:建立的六自由度弹道仿真模型能正确反映运载火箭飞行特性;研究的固体运载火箭满足将300kg有效载荷送入200km太阳同步轨道的运载能力要求;姿态控制系统满足运载火箭姿态控制精度要求;侧喷流推进剂质量分配合理,为总体方案论证和初步设计提供了理论依据。     

磁阻型电磁发射系统的发射体形态优化研究

根据磁阻型电磁发射原理及驱动线圈内部磁场分布情况,推导了基于线性化电感的发射体运动模型,给出了一个用于计算发射体在线圈中的受力和加速情况的简化方法,并归纳了部分影响因素。使用ANSYS Maxwell仿真软件对不同形状发射体在线圈中的受力变化进行仿真分析。研究结果为实际磁阻型电磁发射中应用的发射体形状设计提供了参考。