基于空中回收的运载火箭尾舱挂取方案设计及仿真分析

运载火箭空中回收的挂取过程是整个回收过程中最关键的环节之一。针对运载火箭尾舱空中挂取的全流程,开展了将直升机作为回收平台的钩取装置设计,主要包括拉力传感器、过载保护装置、减载装置以及末端的执行机构。翼伞和减速伞从火箭尾舱的底部弹出,挂取装置可通过挂取翼伞顶部的牵顶伞实现对回收体的挂取操作。通过对挂取过程的仿真分析可以看出,回收体的质量增大时,过载显著增加,而当翼伞的收伞时间增加时,减载效果明显。

一种面向运载火箭电气系统的模块化分级供配电体制

针对运载火箭电气系统供电电缆规模偏大、拓扑复杂、易引发跨级供电潜通路等问题,提出了一种电气系统模块化分级供配电方案。将运载火箭各级分别规划为一个独立的供配电单元,供配电单元内采用通用化设计,实现对内部负载的一体化供电;供配电单元间、电气系统箭地间、供电母线间电气隔离,以避免供配电单元间的电气耦合,彻底消除级间潜通路,降低设计难度,最终使得运载火箭电气系统供配电体制具备系统层级模块化特征和供配电单元即插即用能力,为未来电气系统供配电架构的标准化设计和运载火箭分级测试提供技术基础。

固体运载火箭铁路运输侧翻吸能系统技术研究

对固体运载火箭在铁路运输过程中出现侧翻异常工况下的安全性进行研究,在调研、分析多种减振吸能方案的基础上,提出了缓冲气囊和蜂窝金属组合的侧翻吸能系统技术方案。采用Hypermesh和LS-DYNA软件进行侧翻仿真计算,结果表明:该方案可将火箭侧翻跌落的加速度由27g降为8.91g,发射筒与车厢的接触碰撞力由382.59kN降为无接触,可明显提高固体运载火箭在铁路运输侧翻等异常工况下的生存能力,为后续固体运载火箭专用铁路车的设计提供重要指导。

一种运载火箭第一子级回收方案设计方法

针对可回收火箭的总体设计,提出了一种用于运载火箭第一子级回收方案的设计方法。首先,建立火箭子级运动模型,为便于确定回收推力大小和调节范围,在模型中引入了推力比例因子和推力调节因子。然后,探讨回收推力和推进剂剩余量的对应关系,并通过飞行时间给出剩余推进剂的约束条件。最后,从设计的角度确定回收基本过程,并通过仿真算例制定火箭子级的回收方案。所提方法详细给出了回收过程中火箭发动机的推力大小、推力调整范围、工作时间、落点位置、最大速度以及着陆段的起始速度和高度的估计。算例表明所提方法可以实现回收过程的关键参数确定。

运载火箭段间连接螺栓组设计方法

运载火箭形体非常大,为了制造、存储和运输的方便,往往需要将火箭箭体沿特定的面分割开来,分段制造,然后安装使用。各段之间的连接采用螺栓组,但现有螺栓组设计方法大多考虑机器底座的安装和法兰连接,对运载火箭段间连接设计并不方便。文中详细推导了火箭箭体在受弯和轴向拉/压载荷作用时,螺栓最大拉力计算公式和预紧力计算公式,并详细分析了压溃条件,最后,通过实例对文中提出的设计方法进行了验证。

固体运载火箭发射轨道一种快速生成方法

通过采用牛顿迭代法快速优化发射方位角,克服了发射方位角初值偏差过大的缺陷,极大缩短了优化时间。通过采用基于特征参数网格化的程序角优化设计技术,建立了程序角设计参数数据库,在机动发射的情况下能够快速进行参数插值,避免了大量优化计算过程,有力地支持了机动发射情况下发射轨道的快速生成。最后通过仿真证明设计算法的有效性和正确性。

2023年国外重复使用运载火箭发展综述

1概述近年来,美国太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰”(Falcon)系列火箭凭借复用能力,实现了高频次发射,极大提升了进入空间能力,支撑了“星链”(Starlink)低轨巨型星座的部署和应用,同时还有效降低了发射成本。当前,SpaceX公司正在发展完全重复使用的“星舰”(Starship)系统,百吨级的低成本、高频次发射能力或将进一步推动航天产业的颠覆性变革。

运载火箭测量系统综合化设计与实现

针对运载火箭传统测量系统设备功能单一、工作体制固化、体系架构封闭等问题,通过对系统技术特点、技术迭代过程和局限性的分析,基于运载火箭平台约束条件,提出一种适合当前应用的基于综合电子的开放式系统架构;其次,完成了基于该架构的综合射频终端研制,实现了小型化、轻质化、低功耗、可灵活扩展的综合化测量系统。所设计系统能够满足总体应用需求,在航天领域具有广泛的应用前景。

重复使用运载火箭机构电涡流阻尼技术应用及思考

重复使用航天运载器是航天运输系统发展的重点目标之一,机构技术是运载火箭多功能化、可复用化发展的重要支撑,其减震缓冲功能对阻尼机构有着广泛的需求。电涡流阻尼是一种基于电磁感应原理的非接触式的阻尼产生方式,具有无磨损、无漏液、性能稳定、可靠性高、维护性好、便于长期贮存等优势,并且是一种电涡流阻尼原理的速度型阻尼机构,在车辆制动、建筑减振等工程领域中应用广泛。本文对永磁体电涡流阻尼器的基础原理进行了阐述,按直线式、轴向旋转和径向旋转进行分类,并分析了应用的材料类型。研究了重复使用运载火箭在展开缓冲、抑振隔振、冲击缓冲、主动控制等方面对阻尼机构的需求,详细分析了电涡流阻尼技术在运载火箭机构设计领域的应用现状和发展前景。

考虑推力损失的运载火箭主动段容错控制

运载火箭上升段易出现推力下降等动力系统故障,传统的控制方法在干扰性较大场合难以满足高精度、高稳定的控制需求。本文进行了运载火箭自适应增广控制与模糊PD控制方法的研究,并分析两者的控制特性;提出一种基于模糊规则的动态切换控制算法,通过计算自适应PD控制与模糊PD控制的输出量加权,得到系统的最优控制方案;将控制力矩重构与动态切换控制算法结合,进行火箭容错控制研究。结果表明,基于模糊规则的动态切换控制算法能有效提高姿态控制品质,相比于其他控制方法,偏航角最大偏差减小20%以上,系统响应时间至少快15%,且控制过程中未出现振荡。

基于两级对准模型的运载火箭自动转载

固体运载火箭作为我国航天运输系统的重要组成部分,具有整箭贮存运输、快速发射响应等特点,在军民商发射领域受到广泛青睐.针对车载起重设备在自动化转载运载火箭中面临的执行机构变形所导致的对准误差问题,本文提出了基于两级对准模型的运载火箭自动转载方法,以解决常规转载方法无法应对的机构变形误差闭环检测缺陷,通过蒙特卡洛仿真对所提方法进行了验证.结果表明:相比于常规转载方法,所提方法的一次转载成功率约为96%,解决了重载大变形下自动转载对准精度问题,转载精度良好,可以保证车箭精确对接.

运载火箭新一代遥测系统中FC-AE-1553总线技术应用研究

随着军用电子系统对网络实时性和确定性的要求越来越高,FC-AE-1553作为一种实时性强、确定性高的基于光纤通道的命令响应网络协议,已经越来越广泛地应用于航空电子环境的数据传输、飞行控制等领域。介绍了FC-AE-1553总线的基本特性,并以运载火箭遥测系统为背景,构建简单星形网络拓扑,采用FC-AE-1553总线协议为通信载体,验证FC-AE-1553总线技术在运载火箭遥测系统中的适用性。

运载火箭末子级留轨应用平台研究综述

针对如何实现大量运载火箭末子级变废为宝的问题,本文对基于运载火箭末子级的留轨应用平台进行了综述。分别介绍了系统组成和工作模式、国内外研究现状等,总结了大惯量末子级精准钝化技术、轻质化末子级留轨应用平台总体技术、多约束下留轨应用平台合理布局技术、标准化载荷设计与试验技术等4项关键技术,并对留轨应用平台的未来发展进行了叙述。建议提升末子级留轨应用平台的搭载机会,逐步推动其在现役运载火箭上的广泛应用进行展望,按照能定姿、能调姿、能轨控的思路逐步提升其能力,促进留轨应用平台的规模化应用。

谷神星一号运载火箭的时变模态参数辨识

针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法,引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪,能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例,开展飞行遥测数据的快速处理,准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态,辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合,验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的,服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

面对称运载火箭优势面滚转迎风技术

针对面对称运载火箭飞行中俯仰、偏航通道控制力不匹配问题,提出通过姿态滚转控制调整迎风面以减小最大飞行摆角的控制技术,称为滚转迎风(bank-to-wind,BTW)技术。重点研究了BTW控制的离线法,推导了BTW控制滚动程序角理论值的解析解,证明了该理论值的偏差与飞行姿态偏差是同阶小量。提出带权重的傅里叶级数拟合算法,对滚动程序角进行修正,以符合工程应用的可行性。开展六自由度飞行动力学仿真,分析BTW控制对控制力、飞行气动载荷和滚动程序角跟踪品质的影响,验证BTW控制的有效性。比对不同拟合基频的仿真结果得出结论:拟合频率过高将影响控制品质,从工程应用角度看滚动程序角的“光滑性”比“拟合性”更重要。

高燃压中型运载火箭发射地面低高度排导技术

综合高燃压中型运载火箭高密度发射燃气流地面排导需求及烧蚀风险分析,提出基于地面双面导流装置与高位挡流墙结合的地面低高度排导技术方案。利用火箭发射燃气动力学研究总结的燃气流膨胀特性以及导流型面设计方法,解决了地面低高度排导技术涉及的地面导流装置导流型面气动设计以及尺度控制两个关键问题。地面低高度排导技术方案设计与燃气流场瞬态仿真多轮叠代,实现了燃气流排导烧蚀范围合理控制,避免了燃气流低高度排导烧蚀反溅影响箭体。地面低高度排导技术采用专利支撑的喷水冷却防护方案实现高燃压中型运载火箭发射燃气流强烧蚀环境发射系统、发射设施综合防护。基于喷流缩比试验相似性控制方法研制了1∶10比例喷流缩比试验系统,通过喷流缩比试验验证确认高燃压中型运载火箭发射燃气流能够实现地面低高度安全、顺畅排导,同时与发射台、导流装置结构融合的阵列喷水方案能够行之有效解决高燃压中型运载火箭地面低高度排导强烧蚀难题。

运载火箭的飞行模态辨识技术研究

模态参数是表征运载火箭动态特性的重要指标,对姿控系统设计、动载荷设计、天地差异研究和系统优化设计等具有重要意义。燃料快速消耗和结构分离导致飞行状态下的运载火箭表现出显著时变特征,通过有限元分析或地面振动试验难以获得真实飞行状态下运载火箭的时变参数,开展飞行模态辨识前沿理论研究和关键技术攻关尤为重要。面向工程实际需求,分别发展了基于时间序列分析和动态模式分解的两类时变模态输出递推辨识方法,应用于液体火箭的遥测数据快速处理,准确辨识得到模态参数随时间的变化规律,并展望了运载火箭飞行模态辨识技术的未来应用前景。

运载火箭推进剂加注演示训练系统设计与实现

液体火箭推进剂加注是发射场工作中的重要和关键环节,为了满足新时期发射场训练的高要求,特别是运载火箭近年来高密度发射对专业人员技术能力的要求,需要开展发射场运载火箭推进剂加注演示训练系统的研究。基于Unity 3D技术开发了运载火箭推进剂加注演示训练系统,针对发射场推进剂加注流程创建了动力系统三维虚拟装备和操作环境,采用虚拟仿真与实现技术建立了包含发射区回转平台、地面配气台、箭上阀门管路等动力系统设施设备的高交互性三维仿真场景,具备训练计划管理、训练导调管理、分队组训模拟、学员考核评估等功能,实现了对运载火箭推进剂加注和故障应急处置等过程的模拟训练,为发射场岗位人员开展运载火箭推进剂加注训练提供了技术支撑。

海上垂直回收运载火箭发展现状与关键技术分析

运载火箭的可回收重复使用不但可以降低发射成本,而且能提高发射密度,满足高密度发射需求,是人类向太空探索必须发展的技术。垂直返回海上回收方式具备高精度、高稳定落点,减小了对落区人民的安全威胁,同时也减小了火箭运载能力不足的影响。随着“猎鹰9”火箭子级成功实现了海上垂直回收并多次重复使用,引发了各国研究者对火箭子级海上垂直回收技术的重视与探索。首先,阐述了海上垂直回收运载火箭的优势与特点,其次,梳理了海上垂直回收运载火箭的发展现状,再次,根据海上回收火箭的几个阶段分析了其过程中包含的关键技术;最后,总结了海上垂直回收运载火箭的发展趋势。

运载火箭“靶场最后一公里”建设实践

2024年,中国运载火箭技术研究院计划开展的宇航发射任务次数相较于2023年有大幅增加,这给发射场资源、靶场测试人员保障工作等都带来了巨大的挑战。为应对高强密度发射态势,研究院未雨绸缪,早在“十三五”期间就提出了发射场(简称“靶场”)流程优化、优化靶场技术岗位配置和“靶场最后一公里”建设等多项措施。