长征五号系列运载火箭一级氢箱防晃板减配优化设计

液体运载火箭飞行过程中面临推进剂晃动问题,满足姿控稳定条件下对防晃板进行减配,将有效地提升总体方案的可靠性与经济性.阐述了长征五号系列运载火箭贮箱防晃板优化过程,重点针对试样阶段一级氢箱防晃板减配问题开展了姿控设计.首先给出了刚晃弹动力学模型,开展了火箭晃动极-零问题分析,从频域分析与时域仿真的角度给出了姿控稳定结论,最后开展了飞行结果评估.研究结果表明,对晃动质量较小的贮箱防晃板可进行减配优化,姿控稳定设计允许部分秒点频域不稳定,时域仿真不发散是晃动稳定重要的设计依据.     

固体火箭内外弹道一体化设计方法研究

传统固体火箭总体-动力分立设计模式未充分考虑总体动力耦合关系,发动机设计模型中对飞行弹道的影响因素缺乏考虑。内外弹道一体化设计方法基于内外弹道耦合模型,开展内外弹道联合设计,通过研究内外弹道耦合机理,形成考虑飞行过载影响的喷管烧蚀耦合模型、推进剂燃速耦合模型。通过在弹道计算中引入耦合模型,实现发动机内弹道精细化预示。结果表明,采用内外弹道耦合设计方法,可以有效提升内外弹道仿真预示精度,提高固体火箭总体-动力精细化设计水平。     

基于AMESim的姿控发动机推进剂供应管路优化设计

根据模块化思想,建立了液体姿控火箭发动机推进剂供应管路的AMESim模型,仿真计算了推进剂供应管路优化前后姿控发动机工作时的水击压力.仿真结果表明:在推进剂供应管路上增加的体积容腔能够有效降低管路中的水击压力.通过仿真水击数据和热试车数据对比表明,仿真模型较好地描述了管路水击过程,能对后续液体姿控火箭发动机管路结构优化设计提供借鉴意义.     

低温末级滑行过程中贮箱压力仿真分析和控制

根据长征八号（CZ-8）火箭二级浅箱起动飞行任务剖面的新特点,需要准确预示并控制在微重力、大气枕容积条件下低温贮箱内的压力变化规律。通过建立箭体姿态控制和低温两相流体力热耦合的贮箱压力仿真计算模型,对滑行过程中低温贮箱内推进剂晃动、气液之间的换热和蒸发冷凝过程进行仿真分析,获取了准确的氢箱气枕压力变化规律。同时提出了滑行段低温贮箱压力多专业协同耦合设计和控制方法,支撑了浅箱二次起动任务的顺利实施,并在飞行试验中得到了验证。     

大气层外侧向力控制KKV末制导仿真与分析

建立了动能拦截器运动学和动力学模型,以及轨控发动机和姿控发动机的推力模型,提出了拦截导引律的实现方法及轨控和姿控发动机的控制规律.在此基础上进行了动能拦截器拦截过程仿真,验证了动能拦截器能够直接碰撞命中弹道导弹的结论,并分析了影响脱靶量的一些因素.     

基于参考轨迹的失效卫星相对位姿建模与控制

以追踪星对非合作失效卫星的超近距离巡视为背景,对基于参考轨迹的失效卫星相对位姿建模与控制进行研究。根据非合作失效卫星在空间定轴慢旋的特性,通过在失效卫星表面确定一个兴趣区域,建立便于相对位姿动力学模型设计的参考坐标系与兴趣坐标系,从而便于位置与姿态2个方面的参考轨迹指令的实时计算;基于Hill方程和姿态动力学模型,推导基于非合作目标表面参考点的近似耦合相对位姿动力学模型;在此基础上,设计相对位姿耦合控制方法,并进行Simulink仿真实验验证。仿真结果表明:基于参考轨迹推导的相对位姿动力学模型简洁有效,设计的位姿耦合控制方法使系统具有较高的控制精度,相对位置控制精度为0.1 m,相对姿态控制精度为0.15。     

火箭分离与姿控一体化设计方法研究

火箭在低空高速环境下分离时，前后体相对姿态容易产生较大变化导致干涉风险，开展分离与姿控一体化设计能够在分离过程中实时控制分离体姿态，有效提升分离可靠性。提出了基于下面级姿控动力系统闭环控制的分离与姿控耦合计算方法，建立了计算模型，并基于联合仿真平台对某火箭头体分离过程进行仿真分析，结果表明分离与姿控一体化设计方法能够有效增大分离间隙，在不增加分离能源的情况下实现两体可靠气动分离，有利于提升火箭综合性能。     

可重复使用跨大气层飞行器多学科设计优化中姿控子系统的建模与仿真

在对可重复使用跨大气层飞行器(RTAV)进行多学科设计优化(MDO)的过程中,对RTAV姿控子系统的时域仿真是姿控子系统设计和飞行稳定性分析的重要手段。对某RTAV的MDO过程中姿控子系统的Simulink建模与三通道综合时域仿真的方法进行了研究。从理论上分析了建模、仿真过程中遇到的代数循环问题,并针对问题特点提出了解决方案。     

液体防晃研究进展

液体推进剂的晃动特性对大型液体运载火箭以及战略弹道导弹的飞行稳定性有着很大的影响．为了使导弹和航天运载器具有良好的飞行稳定性，就必须对其内部液体推进剂的晃动加以抑制，避免使液体晃动与整体结构的固有振动发生耦合，防止结构的固有振动频率和液体晃动频率落入控制系统的频带之中．文中概述了近年来液体推进剂防晃研究方面所取得的进展     

火箭级间分离与姿控耦合影响研究

为分析分离与姿控耦合设计时的相互影响,提出了基于上面级喷管最大摆动角速度,以及基于上面级实时控制的分离与姿控耦合计算方法,建立了级间分离与姿控耦合计算模型.某型火箭级间分离计算结果表明,采用基于上面级实时控制的耦合计算方法,能够真实地反应上面级姿态控制力作用下的级间分离过程,可为箭上设备安装边界设计提供准确依据.     

基于Simulink的简易控制单兵火箭弹弹道仿真

单兵火箭弹的简易控制,将弹体动力学与运动学、气动力计算、简易姿态控制等模块连接建立了六自由度弹体运动数学模型,并在Matlab/Simulink环境下开发了由各模块组成的全弹道仿真数学模型.针对初始段扰动等问题,通过无控弹道与有控弹道的仿真分析比较,对初速较低的增程单兵火箭弹采用姿态修正可提高射程和精度.     

复杂结构火箭发射药非稳态温度场的数值模拟

对火箭发动机（包含发射药）的非稳态温度场进行数值模拟是确定火箭发射药实时温度的一种有效方法。论文首先建立了某火箭发动机传热的数理模型。鉴于发射药由7根药柱构成,结构复杂,无法在结构化网格基础上求出待求区域的温度场,因此,采用三角形非结构化网格并推导出计算区域内各节点的离散方程。编制程序,以数值计算方法求出发射药的温度场。结果表明,各特征点温度的计算值与实测值均吻合较好。因此,采用论文方法能正确模拟上述复杂结构火箭发射药的非稳态温度场。     

大型液体火箭动力学课题研究

大型液体火箭不断发展的要求，提出了一系列值得研究和需要解决的动力学课题，例如全箭振动，全箭流固耦合振动，火箭动力学环境等。针对几个典型的动力学课题，介绍了中国是如何研究和解决的。     

不同火焰环境下固体火箭发动机烤燃特性数值模拟

为了研究固体火箭发动机意外遇到火焰环境时的热安全性问题,以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯（AP/HTPB）复合固体推进剂为装填对象,针对某种小型固体火箭发动机建立了二维烤燃简化模型。分别对800 K、1 000 K、 1 200 K火焰环境下固体火箭发动机的烤燃特性进行了数值模拟。计算结果表明,3种火焰环境下,AP/HTPB最初着火位置均发生在靠近喷管的药柱外壁一环形区域内;随着火焰温度的提高,着火延迟期快速缩短,着火温度逐渐增大;绝热层的绝热作用随着火焰温度的增大而增强;复合固体推进剂中AP首先发生缓慢分解时的温度随火焰温度的提高而增大。     

基于误差四元数的火箭主动滚转控制技术研究

火箭助推段主动滚转飞行时,由于箭体的持续性滚转引起耦合效应,使其动力学和控制特性变得复杂。对于采用捷联惯组方案的主动滚转火箭,四元数控制方法可以不需要或减少姿态角的三角函数解算,避免欧拉角解算出现奇异值等问题。针对捷联惯组方案的助推段主动滚转火箭,对其动力学特性和误差四元数控制技术进行了相关研究。     

固冲发动机转级试验点火控制系统设计

针对整体式固体火箭冲压发动机转级试验需求,设计了一套点火控制系统,用以模拟弹载控制系统功能。根据固冲发动机转级技术特点,明确了系统的功能和设计要求,对系统的工作原理、硬件结构和软件设计等内容做了详细描述。该系统充分考虑了不同转级方式和异常应急等情况,具备地面转级试验能力,为产品转级性能评定和可靠性验证提供了有效的试验平台。     

AP/HTPB推进剂内孔形状对烤燃特性的影响

为了获得固体火箭发动机的推进剂内孔形状对烤燃特性的影响,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的圆形孔、星孔装药的固体火箭发动机,在基于Arrhenius定律的基础上,分别建立了对应的固体火箭发动机二维、三维非稳态烤燃模型。对上述两种装药结构的固体火箭发动机烤燃过程进行了数值模拟,分析了以上两种内孔形状对推进剂烤燃特性的影响。结果表明：固体推进剂的内孔形状在不同热载荷条件下的烤燃响应特性不同。快速烤燃条件下,内孔形状对固体火箭发动机的烤燃响应特征参数影响较小;在慢速烤燃条件下,推进剂内孔形状对推进剂着火延迟时间影响有限,对着火温度和着火位置则有显著影响。采用圆形孔装药时发生烤燃响应的着火温度较高,而采用星形孔装药时则较低;圆形孔装药时着火位置在推进剂头部内孔壁面附近,且随升温速率增大着火位置逐渐向端面移动,而星形孔装药时着火位置则位于推进剂中部的内孔壁面附近,且随升温速率的增大着火位置会出现跳跃性变化。     

旋转状态下姿态控制发动机喷流流场的数值模拟

为了对姿态控制发动机在旋转状态时的喷流流场进行数值模拟,并避开复杂的滑移网格技术,将惯性坐标系下的控制方程和数值计算边界条件用弹体旋转坐标系来表达,选用雷诺平均的旋转坐标系下的Navier-Stokes方程,算例计算结果与采用滑移网格技术得到的流场结构相比更接近实测且计算容易收敛,表明这种方法正确且简单可行。数值计算结果表明：在弹体直径以及喷口大小及入口条件一定的前提下,由于旋转引起的喷流流动的非对称性将直接影响到姿态喷流控制力的大小和方向,进而影响到姿态控制发动机的工作效率;随着旋转角速率的增大,推力矢量明显变化,控制推力偏转,使有效揎制推力减小,从而影响远程火箭弹的稳定性和姿态控制精度,并在一定程度上增加了燃气消耗量。     

固体火箭推进剂贮存使用寿命的累积损伤-反应论模型

通过对常用失效物理模型的分析和总结,提出了固体火箭推进剂贮存使用寿命的累积损伤-反应论模型,并通过算例阐释了这一模型。文中所述的模型可作为变化环境下固体火箭推进剂贮存使用寿命预估的重要理论依据,也可作为固体火箭发动机剩余寿命计算的参考模型。     

某型号发动机可燃点火器的设计

以某型号发动机为背景,设计了一种可燃点火器,由可燃发火管、可燃壳体、点火药、堵头等组成。经过模拟点火试验和发动机地面静止试验,证实该点火器能够满足发动机的技术指标要求。