航天器间安全分离包络设计方法技术

本发明专利技术的航天器间安全分离包络设计方法包括：选取两分离体中构型布局相对变化较少者为安全分离包络设计基准体；以基准体的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离，由基准向外扩最小动态安全距离形成分离包络；搜索分离包络上的所有突出点，对每个突出点，以该突出点为起点，做与基准体分离运动方向夹角为α的射线；若所有射线均落在分离包络以内，则该分离包络即是安全分离包络；若有射线落在分离包络之外，则以落在分离包络之外且能围住其他射线的射线及分离包络围成的图形为安全分离包络。本发明专利技术在设计之初就考虑了分离动态过程影响，可靠性极高，可快速给出航天器间的安全分离包络，无需分离动力学仿真分析，省时省力。

Design method of safety separation envelope between spacecrafts

The invention of the spacecraft safe separation including envelope design methods: two body configuration layout is relatively less changes in separation envelope design reference to safety; outline envelope reference body as a benchmark, a minimum distance from the base of dynamic security, expansion of minimum safe distance to form a separate dynamic envelope; separation of all outstanding point search on the envelope, for each point in the outstanding, outstanding point as a starting point, and reference separated motion direction angle alpha rays; if all rays are located on the separation of the separation within the envelope, envelope is a safe separation if ray falls on the envelope; separation envelope, surrounded by X-ray and the separation of the envelope is to fall on the outside and surrounded by other isolated envelope ray graphics for safe separation envelope. The present invention at the beginning of the design, taking into account the dynamic separation effect, high reliability and safety can be quickly given the spacecraft separation envelope, without the separation of dynamic simulation, saving time and effort.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天器分离系统安全性设计与飞行器构型布局设计
，具体涉及一种航天器间安全分离包络设计方法。
技术介绍
随着航天器技术的发展，有些为了完成复杂任务的航天器需要由多个舱段或者多个飞行器组成。当一个组成体需要完成特定任务或者任务完成需要抛弃时就需要进行分离。目前航天器间安全分离包络设计主要采用经验法。一般以主动分离体的外包络为基准，向外扩一个给定的距离X，形成一个安全分离包络；构型布局设计师以该安全分离包络为界限，进行构型布局设计，然后进行分离动力学仿真分析，确认航天器间分离时是否发生碰撞，如果分析结果为某处发生碰撞或者动态间距较小无法接受，则将该处局部的X值调大，形成新的安全分离包络，并进行构型布局的迭代设计；针对新的构型布局再进行分离动力学仿真分析，确认航天器间分离时是否发生碰撞。如此往复，直至两分离体上所有设备、结构部件经仿真分析都不发生碰撞，才形成正式的分离安全包络。现有的航天器间安全分离包络设计方法，每次构型布局调整都要重新建立仿真动力学模型，进行分离动力学仿真分析，费时费力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种航天器间安全分离包络设计方法，在安全分离包络设计之初就考虑了分离动态过程影响，可快速给出航天器间的安全分离包络。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种航天器间安全分离包络设计方法，包括以下步骤：1)选取两分离体中构型布局相对变化较少者为安全分离包络设计基准体；2)以基准体的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离，由基准向外扩最小动态安全距离形成分离包络；3)搜索分离包络上的所有突出点，对每个突出点，以该突出点为起点，做与基准体分离运动方向夹角为α的射线；4)若所有射线均落在分离包络以内，则该分离包络即是安全分离包络；若有射线落在分离包络之外，则以落在分离包络之外且能围住其他射线的射线及分离包络围成的图形为安全分离包络。上述航天器间安全分离包络设计方法，其中，所述步骤3)中，α≥14°。上述航天器间安全分离包络设计方法，其中，所述突出点包含分离包络的起始点。上述航天器间安全分离包络设计方法，其中，最小动态安全距离根据任务由经验确定。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的航天器间安全分离包络设计方法在设计之初就考虑了分离动态过程影响，可靠性极高，只要非基准体的外轮廓包络不侵入安全分离包络，则两分离(基准体和非基准体)就不会发生碰撞，无需分离动力学仿真分析，省时省力；本专利技术的航天器间安全分离包络设计方法简单，适用于航天器方案、初样研制阶段快速进行航天器分离系统与总体构型布局的迭代设计，减少不必要的分离动力学仿真计算。附图说明本专利技术的航天器间安全分离包络设计方法由以下的实施例及附图给出。图1所示为本专利技术较佳实施例一的航天器间安全分离包络设计方法示意图。图2所示为本专利技术较佳实施例二的航天器间安全分离包络设计方法示意图。具体实施方式以下将结合图1～图2对本专利技术的航天器间安全分离包络设计方法，作进一步的详细描述。本专利技术的航天器间安全分离包络设计方法包括以下步骤：1)选取两分离体中构型布局相对变化较少者为安全分离包络设计基准体；2)以基准体的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离，由基准(即基准体的外轮廓包络)向外扩最小动态安全距离形成分离包络；最小动态安全距离根据任务由经验确定；3)搜索分离包络上的所有突出点，对每个突出点，以该突出点为起点，做与基准体分离运动方向夹角为α的射线；所述突出点包含分离包络的起始点；α与任务允许的分离速度和分离姿态角速度有关，根据经验确定，例如，取α≥14°；4)若所有射线均落在分离包络以内，则该分离包络即是安全分离包络；若有射线落在分离包络之外，则以落在分离包络之外且能围住其他射线的射线及分离包络围成的图形为安全分离包络。按本方法设计的安全分离包络即是最终确定的安全分离包络，由于该安全分离包络设计之初就考虑了分离动态过程影响，可靠性极高，无需进行分离动力学仿真分析，即可保证非故障工况下航天器间安全分离。两个航天器间或者一个航天器的本体与其可分离舱段/结构间的安全分离包络均可采用本方法。现以具体实施例详细说明本专利技术的航天器间安全分离包络设计方法。例1：图1所示为本专利技术较佳实施例一的航天器间安全分离包络设计方法示意图。1)假定航天器A为主动分离体，航天器B为被动分离体，航天器A用于连接航天器B的舱段构型布局基本确定，选择航天器A为基准体；2)以航天器A的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离DX，由基准向外扩最小动态安全距离DX形成分离包络BL1，如图1中(a)所示；3)搜索分离包络BL1上的所有突出点(包含分离包络BL1的起始点)，经搜索，所述突出点有a、b、c、d、e、f六个，如图1中(b)所示；分别以a、b、c、d、e、f为起点，做与航天器A分离运动方向夹角为α的射线，如图1中(c)所示；本实施例中，图1中(c)中的箭头方向即为航天器A分离运动方向；α取14°；4)如图1中(c)所示，以b、c、d、f为起点的射线均落在分离包络BL1之外，且以b和f为起点的射线能围住其他射线，则以b和f为起点的射线及分离包络BL1围成的图形为安全分离包络BL，如图1中(d)所示。航天器B的外轮廓包络只要不侵入本专利技术设计的安全分离包络BL，则航天器A与航天器B分离不会发生碰撞。参见图1中(d)，本实施例中，航天器B的突出物2已经进入安全分离包络BL，需要对航天器B的突出物2的构型布局作调整(即进行构型布局的迭代设计)。调整构型布局后，只要航天器B的外轮廓包络不进入该安全分离包络BL，航天器A与航天器B分离就不会发生碰撞，而无需通过分离动力学仿真分析来验证判断，省时省力。需要指出的是，本方法是方案论证和初样设计时安全分离包络的快速设计方法，考虑了分离动态过程的影响，对大多数航天器间安全分离包络设计适用。如果航天器B的突出物2因任务需要不易调整，则需建立动力学模型，进行分离动力学仿真分析，确定是否发生碰撞影响安全。例2：图2所示为本专利技术较佳实施例二的航天器间安全分离包络设计方法示意图1)假定航天器A为主动分离体，航天器B为被动分离体，航天器B构型布局基本确定，而航天器A用于连接航天器B的舱段尚在初步设计中，选择航天器B为基准体；2)以航天器B的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离DX，由基准向外扩最小动态安全距离DX形成分离包络BL2，如图2中(a)所示；3)搜索分离包络BL2上的所有突出点(包含分离包络BL2的起始点)，经搜索，所述突出点有a′、b′两个，如图2中(b)所示；分别以a′、b′为起点，做与航天器B分离运动方向夹角为α的射线，如图2中(c)所示；本实施例中，图2中(c)中的箭头方向即为航天器B分离运动方向；α取14°；4)如图2中(c)所示，以a′、b′为起点的射线均落在分离包络BL2之外，则以a′和b′为起点的射线及分离包络BL2围成的图形为安全分离包络BL′，如图2中(d)所示。参见图2中(d)，本实施例中，航天器A的突出物2′已经进入安全分离包络BL′，需要对航天器A的突出物2′的构型布局作调整。尽管上文对本专利技术的设计方法给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以对本方法中涉及的关键参数进行改变和修改，其所产生的作用仍未超出说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
航天器间安全分离包络设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取两分离体中构型布局相对变化较少者为安全分离包络设计基准体；2)以基准体的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离，由基准向外扩最小动态安全距离形成分离包络；3)搜索分离包络上的所有突出点，对每个突出点，以该突出点为起点，做与基准体分离运动方向夹角为α的射线；4)若所有射线均落在分离包络以内，则该分离包络即是安全分离包络；若有射线落在分离包络之外，则以落在分离包络之外且能围住其他射线的射线及分离包络围成的图形为安全分离包络。

【技术特征摘要】
1.航天器间安全分离包络设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取两分离体中构型布局相对变化较少者为安全分离包络设计基准体；2)以基准体的外轮廓包络为基准，给定最小动态安全距离，由基准向外扩最小动态安全距离形成分离包络；3)搜索分离包络上的所有突出点，对每个突出点，以该突出点为起点，做与基准体分离运动方向夹角为α的射线；4)若所有射线均落在分离包络以内，则该分离包络即是安全分离包络；若有射线落在分离包...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹志，胡震宇，钱海鹏，张华，刘汉武，王金童，张玉花，丁同才，陈辉，袁勇，李志刚，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31