并联两级可重复用运载器动力学虚拟样机设计.pdfVIP

捅要 1aunch 并联两缴可重复使用运载器(Reusab]e 形的轨道器和升力体外形的助推器并联组成的、以火箭发动机为动力、垂直起飞、 水平着陆的两级可重复使用运载器。在上升飞行段轨道器和助推器分离前，助推 器发动机提供上升总动力；分离后，助推器滑翔返回，水平着陆；而轨道器在分 离点发动机点火，继续爬升入轨，完成在轨任务后返回，水平着陆。它不仅可以 多次重复使用，还可以快速、方便地向空间运送有效载荷，较长时间地在轨停留 和在轨机动，完成各种空间作业。RLV同时具有很高的军事和民用价值，受到高 度重视。 RLV的研制技术难度大，系统集成性强，具有很多关键技术。在研制其物理 样机之前，非常有必要建立RLV系统的虚拟样机，以优选设计方案、评估飞行器 性能、验证关键技术设计。本文参考运载火箭、弹道导弹和航天飞机数学模型和 运行过程，针对并联两级可重复使用运载器特性，将运行过程划分为上升段、级 (’日』分离段等九个飞行阶段，并给出相应数学模型，建立仿真模型。这些模型包括： l_通用模型： 1)基础算法库：包括常用坐标系定义、欧拉角的定义、仿真算法库的 建立等； 2)环境模型库：包括大气模型、地球模型、月球模型、太阳模型等； 3)力与力矩模型库：包括动力系统、气动力与力矩、引力等。其中动 力系统包括主推进系统、轨道机动系统和反作用控制系统； 4)运动学与动力学模型库：包括质心与姿态的动力学和运动学方程。 2．分段模型： 1)上升段模型：分为组合体上升和轨道器上升入轨； 2)级间分离段模型：建立面对称并联式分离、轴对称并联分离和串联 式分离； 3)返回段模型；包括轨道再入段、能量管理段、进场着陆段； 4)助推器返回模型：分为自由段、转弯段和滑翔到能量管理界面、能 量管理段、进场着陆段。 在此基础上，并充分考虑样机的合理性、可重用性、可扩展性以及易用性， 建立上升段、分离段、轨道器在轨段、轨道器再入段、轨道器能量管理段、轨道 器着陆段、助推器返回段、助推器能量管理段和助推器着陆段九个独立的予系统， 并建立RLV整个飞行过程的虚拟样机系统。从仿真结果和可靠性对比验证分析可 知，该样机能够满足粗粒度的RLV仿真要求，得到的结果合理可信。 关键词： 可重复使用运载器，并联两级，虚拟样机，仿真模型 pq北T业人学埘J‘学位论义 Abstract Reusablelaunch the Parallel-Two—Stage vehMe(RLV)isjoinedside—by—sideb，r theroll orbiterand arebothof islaunched booster，whichlift—bodyconfigurations．It lands Before is horizontally vertically,poweredbyengines，and separation，RLV thrustthe intherollbooster．Andafter rollbooster by engines separation，the glides backandlands tbeorbJleraccentsandentersorbitf。rascheduled horizontally,while