王锋[1]2001年在《运载火箭载荷计算及通用软件实现》文中进行了进一步梳理火箭的载荷计算指的是计算火箭在各种外力作用下箭体各横截面上的轴力、剪力和弯矩等内力，其所受外力主要有飞行时的气动力、发动机推力、竖立在发射台上时的风载荷以及在运输、起吊、起竖等过程中所受的各种支承力。火箭的载荷可分为静载荷和动载荷，静载荷是由定常外力引起的箭体内力，动载荷是由随机或剧烈变化的外力激起的箭体振动响应载荷。载荷计算是火箭设计中的一个重要环节，其目的是为火箭结构设计和各部段的强度计算提供依据。 本文的工作是，首先分析了运载火箭静载荷计算的力学模型，并给出了详细的计算公式，这些静载荷包括地面操作载荷、飞行轴向静载荷、横向静载荷、贮箱内压力、整流罩压差分布、尾翼载荷以及晃动载荷；其次，讨论了动载荷计算的力学模型及计算方法，包括轴向动载荷、横向动载荷以及发射前竖立状态的风载荷；此外，还求解了圆柱形贮箱内推进剂的晃动特性，并给出了简化的等效力学模型；最后，在前面的基础上设计开发了能够完成上还载荷计算内容、适用于我国各种型号火箭的通用软件。
王勇[2]2014年在《基于梁单元模型的火箭通用化建模与动特性分析》文中研究说明结构动特性是运载火箭的固有特性之一,合理、精确的动特性预示结果对于结构设计、姿控系统设计、载荷计算等都有着重要作用。数值仿真是当前运载火箭结构动特性分析的主要手段,本文围绕其中几项关键技术开展研究,主要工作如下:提出了一种基于PCL语言的火箭梁单元模型通用化建模方法,并详细介绍了方法中的四个关键步骤。为了验证可行性,使用该方法分别建立了不同构型、不同飞行时刻的火箭梁单元模型。结合通用化建模方法,提出了一种基于遗传算法的火箭梁单元模型修正方法,详细说明了方法的原理和流程。以该方法修正某构型火箭的梁单元模型,验证了该方法的可行性。分析了某构型运载火箭的模态特点,在此基础上,给出了一种基于振型数据的模态筛选方法,详细说明了方法的原理。分别对串联火箭和捆绑火箭的模态进行筛选,验证了方法的可行性及准确性。在前叁项工作的基础上,开发了运载火箭结构动特性分析通用软件。详细介绍了软件的结构、程序及界面设计等。实现了建模、计算分析等的通用化操作。本文针对运载火箭结构动特性分析开展的这些工作,能够给工程实践提供方法思路,实现结构动特性分析的快捷准确,具有一定的理论意义和重要的工程价值。
李慧通[3]2012年在《基于多因素的分离过程仿真与偏差辨识研究》文中研究说明现阶段航天器分离动力学仿真研究一般针对具体的分离方案，尚没有通用的分离仿真软件，本文主要设计通用的分离仿真软件并且对分离过程中偏差进行辨识研究。本文首先进行的是两体分离动力学研究，对分离过程中比较典型的分离环节进行系统仿真建模，充分考虑分离过程中分离体的姿态变化过程，考虑总体、气动、动力等偏差因素带来的不确定性影响，模拟分离体的分离过程中各个分离阶段，能够更好地、更真实地预示分离设计的正确性，更为精确地对分离时序、分离运动过程和分离方案进行仿真验证。本文开发的动力学仿真软件能够针对多种航天运载器两体分离运动情况进行分析计算，根据使用者的选择添加不同的外载荷，具有适用范围广，灵活性强的特点。软件根据输入的初始组合体运动状态、分离体质量特性以及外部载荷变化情况，计算出分离体运动状态随时间的变化情况，得到相应的运动曲线。软件可以设定仿真时间、积分步长和输出步长以及分离特殊时间点，采用四阶龙格库塔方法或者四阶阿达姆斯预测矫正方法求解动力学常微分方程。设计的软件具有根据运动变化情况辨识出分离体所受外力随时间的变化情况的功能，同时可以验证软件动力学正向仿真的正确性。本文还针对实际试验得到的结果量比较少，可能的偏差量较多的特点，利用均匀实验方法设计偏差组合方案，进行动力学仿真，寻求偏差最优组合，供分离方案设计人员参考。本文以级间冷分离和单体整流罩分离为例进行了仿真分析，考虑气动力、分离火箭推力、主级火箭推力，空气压力等因素，经计算得到分离体的基本运动规律，并进行了相应分析。
徐卫秀, 曾杜娟, 吴浩, 王斌, 朱振涛[4]2018年在《弹箭体结构强度标准化数字设计实践》文中研究指明弹箭结构设计过程中,强度(含刚度)是贯穿其中基础而重要的环节。随着航天结构的发展,一方面结构强度设计要求已突破传统静强度设计的概念,扩展到确保产品全生命周期内的结构完整性需求;另一方面为提高运载能力,火箭结构直径增大、轻质化设计要求提高,非线性特性越来越显着。有限元方法及其应用技术的发展,为考虑结构非线性开展多学科联合仿真设计成为可能,并已在我国弹箭体结构研制
Ronald, Toelle, 张振华[5]1987年在《美国1995年及以后的大型运载火箭》文中认为为了满足美国1995年及以后对运载能力的需求,设计了一种能把30万磅重的有效载荷送上540海里圆形极轨道的大型运载火箭(HLLV)。本文所介绍的大型运载火箭能发射直径高达50英尺、长200英尺的有效载荷。设计指标包括高成本部件的重复使用性(如电子设备、推进装置),周转时间短,最小量的硬件设备,级和部件的灵活性、通用性以及低的使用成本。所有的上升推进装置都使用液体推进剂,火箭总的堆积高度压缩到最小,但保持一个合理的火箭直径。上升推进装置将取决于新的液氧/烃类燃料助推器发动机和液氧/液氢上面级发动机(沿用航天飞机主发动机技术)的研制情况。如果可能的话,推进装置和电子设备将安装在一个可重复使用的推进装置/宇航电子设备(P/A)舱内,每次发射后进行回收。
徐庆红, 姜杰, 王明宇[6]2016年在《结构动力学与运载火箭技术发展》文中指出力学作为工程研究的基础学科,在运载火箭的设计中起着至关重要的作用.结构动力学作为分支学科之一在其中扮演着重要角色,其发展水平很大程度上可反映火箭总体设计能力.本文着眼于结构动力学与运载火箭技术的结合点,简述其发展过程,并对其进一步发展方向提出设想.
张磊[7]2007年在《OTV在轨发射动力学建模与仿真》文中认为OTV作为一种空间机动平台,可靠的在轨发射能力是实现其任务使命的重要前提条件。开展OTV在轨发射动力学建模与仿真研究是我国发展这一重要技术的有效途径。本文将OTV平台、发射装置以及有效载荷作为一个发射系统,建立了从OTV在轨运行段到有效载荷发射,直至安全距离的发射全过程动力学模型。通过大量仿真计算,分析了发射装置误差对发射平稳性的影响,研究了发射后有效载荷的相对运动轨迹的安全性。本文主要取得了以下成果:1、基于多刚体动力学罗伯逊-维腾堡(Roberson-Wittenburg)方法,以研究在轨发射平稳性和安全性为目的,建立了发射系统的无根树系统运动学和动力学模型。相对于将OTV和有效载荷作为两个独立刚体建模,基于多刚体的动力学模型在研究发射过程中系统各刚体间的相互作用以及其对轨道和姿态的影响分析上有明显优势。2、考虑地球非球形引力摄动和大气阻力摄动,建立了高精度OTV轨道动力学模型。该模型与多刚体无根树系统动力学模型组成了一个封闭动力学系统。3、基于Clohessy-Wiltshire相对运动方程,计算了发射后有效载荷与OTV平台的相对运动轨迹,并分析了在轨发射的安全性。4、在运动学和动力学建模的基础上,以面向对象设计的思想为指导,完成了系统的层次分析,设计了软件的基本运行框架,开发了在轨发射动力学仿真软件。5、提出了在轨发射平稳性和安全性的评价指标,利用在轨发射动力学仿真软件,对在轨发射全过程进行仿真。基于仿真结果,分析了影响各评价指标的因素,并探讨了影响因素与评价指标之间的关系。本文的研究工作较好地解决了OTV在轨发射的动力学仿真问题,开发的OTV在轨发射动力学仿真软件在发射装置的设计中得到了有效应用。
吴东[8]2006年在《运载火箭“叁化”研究》文中指出航天运载技术代表了一个国家自主进入空间的能力,是保持空间核心优势的支柱,是和平利用空间及军事争夺占领空间的基本手段。几十年来,我国长征系列运载火箭的发展在党中央、国务院和中央军委的正确领导和关怀下,经过几代航天人的不懈努力,已经形成了拥有4个系列12种火箭的航天运载工具型谱,具备了发射高、中、低不同轨道、不同类型航天器的能力。截至2005年底,长征系列运载火箭已经进行了88次发射,并保持了自1996年以来连续46次成功发射的纪录。长期以来积累的大量成熟技术和可靠产品为我国运载火箭开展通用化、系列化、组合化(简称“叁化”)工作奠定了充分的技术基础。本文从航天产品“叁化”的基本概念入手,通过对国内外航天产品“叁化”情况的调研分析,探讨我国运载火箭“叁化”工作方面存在的主要问题,提出我国运载火箭“叁化”工作的实施途径,并对我国新一代运载火箭的“叁化”工作提出初步设想。开展本课题研究的主要目的在于落实航天型号管理规定中的技术政策,推动我国运载火箭“叁化”工作的开展,促进我国运载火箭研制工作沿着高速度、高质量、高效益的方向发展。本课题综述了研究的学术背景及其理论与实际意义,国内外运载火箭“叁化”的现状;阐述了“叁化”的基本概念,以及开展“叁化”的主要作用和意义;详细论述了基于系统工程方法的“叁化”实施过程;分析了当前我国运载火箭“叁化”工作中存在的主要问题,并针对存在的问题提出了做好运载火箭“叁化”工作的建议;最后,针对新一代运载火箭的特点,提出了“叁化”方案设想。
方世力[9]2016年在《基于灰信息的运载火箭方案优选与研制费用估算模型研究》文中提出21世纪是太空经济时代,运载火箭是发展空间科学的基础,在航天项目中一直扮演重要角色。在新的时代背景下,市场对运载火箭的经济性、技术先进性提出了更高要求。研究表明运载火箭方案阶段决定了整个研制方案70%的成本,因此在运载火箭方案设计阶段加强成本的预测,强化设计方案的优选是运载火箭成本、技术、市场竞争力的重要保障。而运载火箭研制技术难度大,研制周期长,影响因素多,不确定性高,呈现少数据、贫信息特征,这些都给运载火箭研制方案的费用预测与筛选工作带来极大挑战。本论文以技术、成本、经济一体化为逻辑主线,构建灰信息背景下的运载火箭研制方案费用测算与方案筛选模型。首先分析我国运载火箭研制费用测算与方案选择现状及不足,进而从技术维度入手,构造基于任务要求的运载火箭技术方案“灰靶屋”筛选模型,解决技术维度的方案初选问题;设计运载火箭研制费用关键驱动因子极大熵筛选模型,构造运载火箭研制费用灰色测算模型,测算研制成本;最后搭建“技术-成本-市场”一体化视角下研制方案“灰色关联筛选屋”模型,为运载火箭研制方案的综合筛选提供宝贵的理论参考和技术支持,相关研究工作可归纳如下:(1)基于任务要求的运载火箭技术方案“灰靶屋”筛选模型设计。结合经典的技术方案QFD评选方法和多目标加权灰靶决策模型,构建基于任务要求的运载火箭技术方案“灰靶屋”评价模型进行运载火箭技术方案评估与筛选。(2)运载火箭研制费用关键驱动因子极大熵识别模型研究。本文从驱动因子的权重配置角度,提出了一种驱动比重最大化的运载火箭研制费用驱动因子极大熵筛选模型,设计两类情景下的运载火箭关键费用驱动因子筛选方法。(3)运载火箭研制费用分数阶灰色测算模型FOGM(0,N)和FOOGM(1,1)构建。针对少量研制费用横截面数据,定义样本相似度,并依据相似度对原始数据排序,规定与待预测对象越相似的样本数据对FOGM(0,N)模型解的影响越敏感,进而建立关键费用驱动因子的分数阶累加的FOGM(0,N)模型,预测运载火箭研制费用。针对运载火箭研制费用体现时间序列特征的问题,利用新信息优先原理,构建FGOM(1,1)模型,实现对研制费用时间序列数据最少信息的最大挖掘。(4)“技术-成本-市场”一体化视角的运载火箭研制方案灰色加权关联筛选模型研究。针对目前运载火箭研制方案筛选工作缺乏系统工程视角的问题,本文综合考虑技术、成本、市场,搭建一体化视角下的灰色关联筛选屋框架,构建技术竞争力指数、成本竞争力指数、市场竞争力指数的测算模型。进而集结运载火箭研制和市场专家经验,构建“技术-成本-市场”指标权重极大熵分配模型,权衡技术、成本、市场叁个维度。最后建立“技术-成本-市场”一体化视角的研制方案灰色加权关联筛选模型,实现对运载火箭研制方案的综合筛选。
王宗浩[10]2017年在《运载火箭子结构模型降阶及动力响应分析》文中研究指明运载火箭是国家综合国力的重要标志,其尺寸庞大、结构复杂,分析成本极高。在运载火箭结构设计时,既要获取全箭动力学特性,又必须考虑局部特征,并且需要反复修改结构参数进行重分析。因此,本文首先在总结子结构法的基础上,对经典固定交界面法进行了改进;其次,使用子结构技术对运载火箭的全箭和局部有限元模型进行了降阶,并分析其动力学响应;然后,建立运载火箭全箭参数化模型,实现了运载火箭全箭的自动化子结构分析;最后,将基于频响函数的子结构法应用到全箭参数化模型的频响综合分析中。本文工作具有如下优点:1、可降低模型自由度数,减少计算时间;2、可分部段建模、分析,实现各部门协同及并行计算;3、可缩短结构设计调整周期;4、可降低局部特征改变时的重分析成本。本文具体研究内容包括:1)总结了现有的动力子结构法,并简要概括了基于模态的动力子结构法的理论框架;在经典固定交界面模态综合法的基础上,引入交界面减缩,提高了固定交界面法的计算效率。2)研究了国内外现有的运载火箭动力学建模方法,建立了运载火箭全箭精细有限元模型。使用Abaqus子结构模块降阶模型,成功地将子结构法应用到运载火箭全箭模型的减缩中,提高了其动力学分析的效率。3)建立了运载火箭螺栓连接两舱段有限元模型,保留接触非线性部分并应用子结构法减缩线性部分,得到其降阶模型,从而将子结构法应用到运载火箭局部非线性模型的减缩中,提高了动力学分析和接触分析的效率。4)使用Python语言基于Abaqus平台建立运载火箭参数化有限元模型,并实现了参数化模型的自动化子结构分析,既可减少运载火箭全箭的建模时间,又可缩短结构设计时的重分析周期。5)总结了基于频响函数的子结构法的发展现状,并简述了应用最为广泛的广义导纳综合法;使用LMS Virtual Lab中的频响综合求解器,将基于频响函数的子结构法应用到运载火箭全箭模型的动力学分析中。
参考文献：
[1]. 运载火箭载荷计算及通用软件实现[D]. 王锋. 国防科学技术大学. 2001
[2]. 基于梁单元模型的火箭通用化建模与动特性分析[D]. 王勇. 国防科学技术大学. 2014
[3]. 基于多因素的分离过程仿真与偏差辨识研究[D]. 李慧通. 哈尔滨工业大学. 2012
[4]. 弹箭体结构强度标准化数字设计实践[J]. 徐卫秀, 曾杜娟, 吴浩, 王斌, 朱振涛. 航天工业管理. 2018
[5]. 美国1995年及以后的大型运载火箭[J]. Ronald, Toelle, 张振华. 国外导弹与航天运载器. 1987
[6]. 结构动力学与运载火箭技术发展[J]. 徐庆红, 姜杰, 王明宇. 力学与实践. 2016
[7]. OTV在轨发射动力学建模与仿真[D]. 张磊. 国防科学技术大学. 2007
[8]. 运载火箭“叁化”研究[D]. 吴东. 哈尔滨工业大学. 2006
[9]. 基于灰信息的运载火箭方案优选与研制费用估算模型研究[D]. 方世力. 南京航空航天大学. 2016
[10]. 运载火箭子结构模型降阶及动力响应分析[D]. 王宗浩. 大连理工大学. 2017
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