并聯(lián)兩級(jí)可重復(fù)使用運(yùn)載器動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì).pdf

1、并聯(lián)兩級(jí)可重復(fù)使用運(yùn)載器(Reusablelaunchvehicle-RLV)是由升力體外形的軌道器和升力體外形的助推器并聯(lián)組成的、以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力、垂直起飛、水平著陸的兩級(jí)可重復(fù)使用運(yùn)載器。在上升飛行段軌道器和助推器分離前，助推器發(fā)動(dòng)機(jī)提供上升總動(dòng)力；分離后，助推器滑翔返回，水平著陸；而軌道器在分離點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，繼續(xù)爬升入軌，完成在軌任務(wù)后返回，水平著陸。它不僅可以多次重復(fù)使用，還可以快速、方便地向空間運(yùn)送有效載荷，較長(zhǎng)時(shí)間地在軌停

2、留和在軌機(jī)動(dòng)，完成各種空間作業(yè)。RLV同時(shí)具有很高的軍事和民用價(jià)值，受到高度重視。 RLV的研制技術(shù)難度大，系統(tǒng)集成性強(qiáng)，具有很多關(guān)鍵技術(shù)。在研制其物理樣機(jī)之前，非常有必要建立RLV系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，以優(yōu)選設(shè)計(jì)方案、評(píng)估飛行器性能、驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)。本文參考運(yùn)載火箭、彈道導(dǎo)彈和航天飛機(jī)數(shù)學(xué)模型和運(yùn)行過程，針對(duì)并聯(lián)兩級(jí)可重復(fù)使用運(yùn)載器特性，將運(yùn)行過程劃分為上升段、級(jí)間分離段等九個(gè)飛行階段，并給出相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，建立仿真模型。這些模型包

3、括： 1.通用模型：1)基礎(chǔ)算法庫：包括常用坐標(biāo)系定義、歐拉角的定義、仿真算法庫的建立等； 2)環(huán)境模型庫：包括大氣模型、地球模型、月球模型、太陽模型等； 3)力與力矩模型庫：包括動(dòng)力系統(tǒng)、氣動(dòng)力與力矩、引力等。其中動(dòng)力系統(tǒng)包括主推進(jìn)系統(tǒng)、軌道機(jī)動(dòng)系統(tǒng)和反作用控制系統(tǒng)； 4)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型庫：包括質(zhì)心與姿態(tài)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 2.分段模型：1)上升段模型：分為組合體上升和軌道器上升入軌；

4、 2)級(jí)間分離段模型：建立面對(duì)稱并聯(lián)式分離、軸對(duì)稱并聯(lián)分離和串聯(lián)式分離； 3)返回段模型：包括軌道再入段、能量管理段、進(jìn)場(chǎng)著陸段； 4)助推器返回模型：分為自由段、轉(zhuǎn)彎段和滑翔到能量管理界面、能量管理段、進(jìn)場(chǎng)著陸段。 在此基礎(chǔ)上，并充分考慮樣機(jī)的合理性、可重用性、可擴(kuò)展性以及易用性，建立上升段、分離段、軌道器在軌段、軌道器再入段、軌道器能量管理段、軌道器著陸段、助推器返回段、助推器能量管理段和助推器著陸段九