一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法：基于常规设计给定氧化剂与燃料的安全余量初值，完成加注量计算，以此构建加注量设计模型；同时，进行总体参数计算，以此构建总体偏差模型。基于加注量设计模型和总体偏差模型建立六自由度仿真模型，以此搭建模拟实验平台，利用模拟实验平台，统计各项偏差打靶条件下的一级耗尽概率、落点偏差以及二级氧化剂、燃料剩余量。确定预期指标，建立统计结果与安全余量调节的反馈机制，以预期指标为优化目标，实现氧化剂、燃料双组元安全余量的动态调节与最优选取。本发明专利技术兼顾耗尽概率、落区范围和入轨概率需求，对各组元安全余量开展精细设计，为火箭总体性能的深入优化与挖潜创造了条件。造了条件。造了条件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法


[0001]本专利技术属于航天
，尤其涉及一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法。

技术介绍

[0002]不同于现役火箭型号在不断飞行试验的修正下各级安全余量的取值已趋于最优，新研火箭安全余量的设计即面临着寻找平衡火箭性能和任务要求的最优选取问题。一般工程应用中，根据评估影响较大的偏差如发动机混合比偏差对应的剩余量计算安全余量。常规方法计算简单，能够较快得到各种偏差下推进剂剩余量，但其设计结果并未考虑火箭总体和弹道性能最优。亟需一种考虑基于偏差概率模型和蒙特卡洛打靶的统计试验方法进行安全余量设计，能够兼顾耗尽概率、落区范围以及运载能力，从而达到火箭性能最优的设计目的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术目的是提供一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，以达到火箭性能最优的效果。
[0004]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，包括如下步骤：
[0006]S1：基于常规设计给定氧化剂与燃料的安全余量初值，完成加注量计算，以此构建加注量设计模型；同时，进行总体参数计算，以此构建总体偏差模型；
[0007]S2：基于加注量设计模型和总体偏差模型建立六自由度仿真模型，以此搭建模拟实验平台，利用模拟实验平台，统计各项偏差打靶条件下的一级耗尽概率、落点偏差以及二级氧化剂、燃料剩余量；
[0008]S3：确定预期指标，建立统计结果与安全余量调节的反馈机制，以预期指标为优化目标，实现氧化剂、燃料双组元安全余量的动态调节与最优选取。
[0009]具体地，在步骤S1中，总体偏差模型构建具体为，根据总体偏差产生的机理，构建多个精细的偏差模型，并选取其中一合理概率分布的作为总体偏差模型。
[0010]具体地，在步骤S2中，六自由度仿真模型包括总体、弹道以及制导三种要素。
[0011]其中，步骤S2具体为，通过模拟实验平台，以弹道优化结果为基准，确定制导目标的轨道和各级关机特征量等装定诸元；将各级安全余量作为可用量，统计各项偏差打靶条件下的一级耗尽概率、落点偏差以及二级氧化剂、燃料剩余量。
[0012]具体地，在步骤S3中，对一级火箭安全余量优化分为两个阶段，第一阶段中，以步骤S1中给定的氧化剂与燃料的安全余量初值为基准，对一子级落区范围进行优化调整；第二阶段中，以第一阶段的优化结果为基础，对一级火箭的最大运载能力进行优化调整。
[0013]其中，在第一阶段中，采用第一调整策略：保持燃料耗尽概率不变，增加氧化剂安全余量以降低总耗尽概率，达到减小落区范围的目的；
[0014]具体步骤为：
[0015]根据步骤S1中给定的氧化剂与燃料的安全余量初值为基准，对一级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量进行分配；
[0016]利用模拟实验平台对分配后的一级火箭进行模拟，得到一子级落点落点偏差的概率统计结果
[0017]将一子级落点落点偏差的概率统计结果与相比较，若大于则利用第一调整策略对一级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量进行再分配并重复上述步骤；若小于则进入第二阶段。
[0018]其中，在第二阶段中，采用第二调整策略：保持总耗尽概率不变，调整氧化剂、燃料的耗尽概率，通过加权二分法搜索最大运载能力对应的燃料耗尽概率；
[0019]具体步骤为：
[0020]根据第一阶段中的一子级落点落点偏差概率下所对应的安全余量初值，对一级火箭中的氧化剂、燃料的安全余量进行分配；
[0021]利用模拟实验平台对分配后的一级火箭进行模拟，得到最大运载能力的概率统计结果
[0022]对最大运载能力的概率统计结果进行判断，判断是否满足且若未满足，则利用第二调整策略对一级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量进行再分配并重复上述步骤；若满足，则输出当前一级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量。
[0023]具体地，在步骤S3中，对二级火箭安全余量优化，其设计目标为推进剂剩余量为0，以步骤S1中给定的氧化剂与燃料的安全余量初值结合第二阶段优化后的氧化剂与燃料的安全余量为基准，对二级火箭的氧化剂与燃料安全余量进行优化。
[0024]其中，采用第三调整策略：以当前二级推进剂剩余量的概率统计结果按混合比折算为氧化剂与燃料的安全余量调整值，重新打靶；
[0025]具体步骤为：
[0026]根据步骤S1中给定的氧化剂与燃料的安全余量初值结合第二阶段优化后的氧化剂与燃料的安全余量，对二级火箭中的氧化剂、燃料的安全余量进行分配；
[0027]利用模拟实验平台对分配后的二级火箭进行模拟，得到二级推进剂剩余量的概率统计结果和
[0028]对二级推进剂剩余量的概率统计结果和进行判断，判断是否满足且若未满足，则利用第三调整策略对二级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量进行再分配并重复上述步骤；若满足，则输出当前二级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量。
[0029]本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
[0030]本专利技术提出的一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，方法兼顾耗尽概率、落区范围和入轨概率需求，对各组元安全余量开展精细设计，为火箭总体性能的深入优化与挖潜创造了条件。
附图说明
[0031]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。
[0032]图1为本专利技术的一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法的流程图；
[0033]图2为本专利技术的一级安全余量动态调节的流程图；
[0034]图3为本专利技术的二级安全余量动态调节的流程图。
具体实施方式
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0036]为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0037]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。
[0038]实施例
[0039]参看图1至图3，本实施例提供一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，以总体偏差精细化建模为基础，建立加注量设计、弹道、制导联合仿真的模拟飞行实验平台，考虑子级残骸落区范围和入轨概率，实现氧化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于常规设计给定氧化剂与燃料的安全余量初值，完成加注量计算，以此构建加注量设计模型；同时，进行总体参数计算，以此构建总体偏差模型；S2：基于所述加注量设计模型和所述总体偏差模型建立六自由度仿真模型，以此搭建模拟实验平台，利用所述模拟实验平台，统计各项偏差打靶条件下的一级耗尽概率、落点偏差以及二级氧化剂、燃料剩余量；S3：确定预期指标，建立统计结果与安全余量调节的反馈机制，以所述预期指标为优化目标，实现氧化剂、燃料双组元安全余量的动态调节与最优选取。2.根据权利要求1所述的基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述总体偏差模型构建具体为，根据总体偏差产生的机理，构建多个精细的偏差模型，并选取其中一合理概率分布的作为所述总体偏差模型。3.根据权利要求1所述的基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述六自由度仿真模型包括总体、弹道以及制导三种要素。4.根据权利要求1所述的基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体为，通过所述模拟实验平台，以弹道优化结果为基准，确定制导目标的轨道和各级关机特征量等装定诸元；将各级安全余量作为可用量，统计各项偏差打靶条件下的一级耗尽概率、落点偏差以及二级氧化剂、燃料剩余量。5.根据权利要求1所述的基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对一级火箭安全余量优化分为两个阶段，第一阶段中，以所述步骤S1中给定的氧化剂与燃料的安全余量初值为基准，对一子级落区范围进行优化调整；第二阶段中，以第一阶段的优化结果为基础，对一级火箭的最大运载能力进行优化调整。6.根据权利要求5所述的基于概率统计的运载火箭安全余量设计方法，其特征在于，在第一阶段中，采用第一调整策略：保持燃料耗尽概率不变，增加氧化剂安全余量以降低总耗尽概率，达到减小落区范围的目的；具体步骤为：根据所述步骤S1中给定的氧化剂与燃料的安全余量初值为基准，对一级火箭中的氧化剂与燃料的安全余量进行分配；利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈韦贤，毛承元，王立扬，欧岳锋，邱伟，曾文花，
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：