具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分离方法技术

本发明专利技术提供了一种具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分离方法，所述方法包括：S10、对地面助推级与航行器组合体进行建模，得到地面助推级与航行器的组合模型；S20、获取地面助推级与航行器分离运动初始时刻的流场；S30、进行地面助推级与航行器的第一次分离；S40、航行器进行刚体运动；S50、进行地面助推级与航行器的第二次分离；S60、航行器作绕质心的六自由运动；S70、获取在第二次分离过程中航行器的姿态信息、受力信息和位置信息；S80、判断航行器是否满足安全分离要求，若是，完成航行器与地面助推级的分离；否则，调整航行器的攻角，并转至S10。本发明专利技术能够解决现有技术中分离方法不适用近地并行式级间分离，无法实现安全分离的技术问题。分离的技术问题。分离的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分离方法


[0001]本专利技术涉及电磁助推发射近地超声速级间分离
，尤其涉及一种具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分离方法。

技术介绍

[0002]电磁发射是利用电磁力消除摩擦阻力和振动，并提供强大的加速能力，将航行器(舰载机/火箭等)在近地面加速至分离速度，赋予一定的初始动能，具有发射成本低，响应快速，地面设施操作、维护、使用简单，人力成本低，可靠性高等特点，是未来电磁发射的重要技术途径，具有广阔的应用前景。
[0003]依据航行器与负责搭载航行器的橇车的位置关系，电磁发射主要分为并行式和串行式。无论哪种形式，橇车及航行器组成的组合体在近地高速运行过程中存在复杂的流动非定常/气动载荷问题。国外依托火箭橇试验、电磁弹射等项目对流动非定常问题进行了较早研究。当速度达到超声速后，组合体与地面间出现了一系列激波干涉现象，且干涉结构受三者相对位置/速度/加速度影响较大。因此，航行器
‑
助推级在近地分离过程表现出明显的非定常气动力特性。同时，由于近地动压环境相比航行器传统飞行环境更为恶劣，极容易造成航行器载荷超限，造成航行器解体等严重问题。上述问题，对近地超声速安全分离造成显著影响。
[0004]在现有分离方式中，主要可以分主动式和被动式分离。弹射式分离是典型的主动式分离。比如外挂弹射式、外挂导轨式、重力投放式、潜射式、蒸汽电磁弹射多用于空空导弹、舰载机弹射等机载、高空、轻质或低速对象。被动式分离主要是以依靠自身部件气动力差异进行气动自由分离的方式为代表。比如，弹丸/弹托分离、火箭级间分离及整流罩两瓣平推分离等。主动/被动分离均不同程度地在串行式/并行式环境下有所运用。
[0005]弹射式多适用于为低速、轻质、高速高空，不适用于近地面高速重载分离。采用弹射式分离对地面助推级/航行器垂向结构强度和弹射器性能提出极大挑战，存在安全风险，几乎很难实现。另外由于弹射器本身质量很大，需要耗费更多的电磁推力进行加速，并且弹射性能要求严苛，两者带来研发费用高、研制周期长等经济负面效益。
[0006]被动式自由分离需要对分离过程中的轨迹进行精确计算评估。气动力的精确程度决定了分离安全性裕度，但在近地阶段存在较大的非定常现象，无法给出任意时刻状态下的精确估计，存在较大的分离失败风险。同时，由于分离力矩太大，分离体抬头速度过快，容易引起尾部碰撞及攻角急速增大造成垂向过载超限。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分离方法，能够解决现有技术中分离方法不适用近地并行式级间分离，无法实现安全分离的技术问题。
[0008]根据本专利技术的一方面，提供了一种具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分
离方法，所述方法包括：
[0009]S10、对地面助推级与航行器组合体进行建模，得到地面助推级与航行器的组合模型；
[0010]S20、基于地面助推级与航行器的组合模型获取地面助推级与航行器分离运动初始时刻的流场；
[0011]S30、在分离运动初始时刻的流场的基础上，将地面助推级与航行器的组合模型中的头部锁紧装置完全解锁，尾部锁紧装置部分解锁，以保留尾部锁紧装置对航行器的部分约束，从而实现地面助推级与航行器的第一次分离；
[0012]S40、航行器在自身气动力作用下绕尾部锁紧装置进行刚体运动，同时，地面助推级进行制动减速；
[0013]S50、在航行器对尾部锁紧装置的作用力由压力变为零或由压力变为预设拉力值的情况下，将地面助推级与航行器的组合模型中的尾部锁紧装置完全解锁，以使地面助推级与航行器完全分离，从而实现地面助推级与航行器的第二次分离；
[0014]S60、航行器在自身气动力、自身重力和地面助推级的气动干扰力作用下作绕质心的六自由运动；
[0015]S70、获取在第二次分离过程中航行器的姿态信息、受力信息和位置信息；
[0016]S80、基于第二次分离过程中航行器的姿态信息、受力信息和位置信息判断航行器是否满足安全分离要求，若是，完成航行器与地面助推级的分离；否则，调整航行器的攻角，并转至S10。
[0017]优选的，在S30中，在分离运动初始时刻的流场的基础上，将地面助推级与航行器的组合模型中的头部锁紧装置完全解锁，尾部锁紧装置部分解锁，以保留尾部锁紧装置对航行器的部分约束，从而实现地面助推级与航行器的第一次分离包括：在分离运动初始时刻的流场的基础上，将地面助推级与航行器的组合模型中的头部锁紧装置完全解锁，尾部锁紧装置部分解锁，以保留尾部锁紧装置对航行器的横向线位移、纵向角位移、垂向线位移与垂向角位移的约束，从而实现地面助推级与航行器的第一次分离。
[0018]优选的，在S40中，航行器在自身气动力作用下绕尾部锁紧装置进行刚体运动包括：航行器在自身气动力作用下沿着纵向进行滑动、沿着横向进行转动。
[0019]优选的，在S20中，基于地面助推级与航行器的组合模型获取地面助推级与航行器分离运动初始时刻的流场包括：
[0020]S21、利用网格生成软件获取地面助推级与航行器的组合模型的计算网格；
[0021]S22、利用流体仿真软件获取计算网格下离散形式的纳维
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斯托克斯方程；
[0022]S23、基于纳维
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斯托克斯方程获取地面助推级与航行器分离运动初始时刻的流场。
[0023]优选的，在S21中，计算网格采用重叠网格、重构网格或滑移网格。
[0024]优选的，在S21中，网格生成软件采用ICEM软件或Pointwise软件。
[0025]优选的，在S22中，流体仿真软件采用Fluent软件或starCCM软件。
[0026]优选的，在S80中，基于第二次分离过程中航行器的姿态信息、受力信息和位置信息判断航行器是否满足安全分离要求包括：
[0027]S81、判断姿态信息中的航向角、俯仰角和滚转角是否分别小于预设航向角、预设
俯仰角和预设滚转角；
[0028]S82、判断受力信息中的受力值是否小于预设受力值；
[0029]S83、基于位置信息获取航行器与地面助推级之间的分离距离，并判断分离距离是否小于预设分离安全距离；
[0030]S84、若均为是，则满足安全分离要求；否则，不满足安全分离要求。
[0031]根据本专利技术的另一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。
[0032]应用本专利技术的技术方案，采用两次分离方式进行分离，第一次分离时保留强制性的尾部约束，随着分离过程到达更安全的分离环境，尾部约束才解开，实现航行器与地面助推级间的安全分离。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0033](1)强制性的尾部约束避免了分离前期由于非线性、计算误差等潜在危险因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有尾部约束特征的超声速近地并行式级间分离方法，其特征在于，所述方法包括：S10、对地面助推级与航行器组合体进行建模，得到地面助推级与航行器的组合模型；S20、基于地面助推级与航行器的组合模型获取地面助推级与航行器分离运动初始时刻的流场；S30、在分离运动初始时刻的流场的基础上，将地面助推级与航行器的组合模型中的头部锁紧装置完全解锁，尾部锁紧装置部分解锁，以保留尾部锁紧装置对航行器的部分约束，从而实现地面助推级与航行器的第一次分离；S40、航行器在自身气动力作用下绕尾部锁紧装置进行刚体运动，同时，地面助推级进行制动减速；S50、在航行器对尾部锁紧装置的作用力由压力变为零或由压力变为预设拉力值的情况下，将地面助推级与航行器的组合模型中的尾部锁紧装置完全解锁，以使地面助推级与航行器完全分离，从而实现地面助推级与航行器的第二次分离；S60、航行器在自身气动力、自身重力和地面助推级的气动干扰力作用下作绕质心的六自由运动；S70、获取在第二次分离过程中航行器的姿态信息、受力信息和位置信息；S80、基于第二次分离过程中航行器的姿态信息、受力信息和位置信息判断航行器是否满足安全分离要求，若是，完成航行器与地面助推级的分离；否则，调整航行器的攻角，并转至S10。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S30中，在分离运动初始时刻的流场的基础上，将地面助推级与航行器的组合模型中的头部锁紧装置完全解锁，尾部锁紧装置部分解锁，以保留尾部锁紧装置对航行器的部分约束，从而实现地面助推级与航行器的第一次分离包括：在分离运动初始时刻的流场的基础上，将地面助推级与航行器的组合模型中的头部锁紧装置完全解锁，尾部锁紧装置部分解锁，以保留尾部锁紧装置对航行器的横向线位移、纵向角位移、垂向线位移与垂向角位移的约束，从而实现地面助推级与航行器的第一次分离。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少伟，张艳清，薄靖龙，罗星东，张珅榕，袁雅，侯自豪，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：