逆向喷流对可回收火箭气动特性的影响研究

可回收火箭返回时,需要依靠发动机进行点火减速制动,为得到逆向喷流条件下箭体气动性能的变化规律,通过对低空和高空两次点火过程进行数值仿真,分析来流马赫数和攻角对箭体气动性能的影响,同时开展单喷管、多喷管喷流条件下的仿真研究。结果表明,低空状态,逆向喷流会导致全箭轴向力系数绝对值减小,且喷流数目越多,轴向力系数绝对值越小。小攻角条件下,逆向喷流会引起全箭压心大幅前移,随着开机台数增加,压心前移越多。高空条件下,喷流膨胀区和来流存在强烈的相互干扰,导致轴向力系数减小明显,其绝对值在0.04以内,0°~10°攻角内箭体法向力系数绝对值小于0.1,随着来流静压增加,法向力系数绝对值小于0.1的攻角区间减小。

一种运载火箭多胞自适应姿态控制框架

针对按照时间系留法所设计的运载火箭姿态控制系统适应性较差的情况,提出一种能够适应大气层全程飞行段的多胞自适应姿态控制框架。该框架所基于的假设为箭体在整个气动舵控飞行段中的动态特性能够通过特征时间点系留模型的多胞凸组合表示,并以该假设为基础给出了针对气动不确定、舵效不确定情况下的自适应姿态控制算法。为了应对该自适应姿态算法中参数不匹配所带来的参数振荡和模型不匹配所带来的建模误差,设计了基于参数辨识和扰动补偿的改进方法。所述的三种方案均通过理论分析确保了所设计控制系统的稳定性,将其应用到箭体姿态控制中可以实现对箭体姿态角的有效控制,控制精度高而且需要调节的参数少,具有较好的工程应用前景。

商业运载火箭供应链管理特征及发展趋势

商业运载火箭由于满足商业航天高质量、低成本、快响应的市场特点及要求,作为航天产业发展的新动力,已显示出巨大的发展潜力与空间。传统航天企业及部分民营企业纷纷推出了面向商业化发射的运载火箭,特别是以太空探索技术公司为代表的新兴航天企业凭借其运载火箭运载能力强、可重复使用等特点,在商业航天行业内居于领头羊地位,其关键核心竞争力之一就是供应链响应速度及产品质量保证体系。

基于磁散射的线膛炮内表面磨损检测技术

针对线膛炮使用过程对身管内表面磨损检测的需求,建立线膛炮内表面磨损磁散射模型,研究一种线膛炮内表面磨损检测方法。在地磁环境中,基于磁偶极子模型分析阴线双侧膛线壁的二维磁偶极子模型,推导内膛、导转侧、烧蚀沟、镀层等磨损的散射磁场分布模型,通过仿真得到身管内表面磨损的磁场分布变化规律,对膛线磨损检测进行了半实物模拟试验。实验结果表明:当阳线无磨损时,阴线与阳线磁场强度差值为17.6 A/m;当阳线磨损为56.15%时,磁场强度差值减小到1.78 A/m;该方法为身管出厂和使用提供一种膛线磨损检查理论与方法。

一种新型先导式安全阀的设计

用于液体火箭动力系统的传统先导式安全阀一般由弹簧膜片式指挥阀和主阀组成,是一种全自动式被动泄压安全阀。本文根据安全阀的工作原理,将原弹簧膜片式指挥阀改为两位三通电磁阀,结合贮箱压力传感器,设计了一种主动泄压式的新型先导式安全阀。本文主要介绍了新型安全阀的工作原理和特性,针对新型安全阀的关键参数进行设计计算和仿真,生产出了符合动力系统要求的安全阀;并对实物产品进行试验验证,试验结果表明新型安全阀具有更小的启闭压差。

可调汽蚀管式调节阀的仿真与试验研究

可调汽蚀管式调节阀采用汽蚀文氏管原理,能有效实现推进剂流量的大范围调节,是液体火箭发动机推力调节的关键部件。本文针对不同锥度的两种阀杆,通过仿真和试验对其调节性能进行了分析研究,获得了阀杆不同行程下的有效流通面积和相对压力损失。结果表明:两种阀杆的仿真结果和试验数据吻合较好,均能满足流量线性调节的要求,阀杆B的流量可调范围更大,但在满足流量调节范围的要求下,阀杆A的调节精度会更高。两种阀杆的相对压力损失试验结果相差不大,但阀杆A仿真得到的相对压力损失更大。通过仿真结果和试验数据的对比,验证了仿真模型的正确性,为相关设计提供重要参考。

基于ESO的运载火箭电动舵机位置伺服系统滑模控制

舵机伺服系统是运载火箭控制系统的核心组成部分之一,在火箭运行过程中需要具备快速的动态响应以及抗干扰能力。针对永磁同步电动舵机位置伺服系统提出了一种新型的滑模控制方法,并设计了一个扩张状态观测器(ESO)用于估计并补偿未知的干扰。该方法不仅可以实现快速的动态响应,还能有效的减小控制输入的抖振。为了验证所提方法的优越性,通过仿真与基于比例-积分的传统三闭环控制方法进行了对比研究。结果表明,所提出的方法具有更好的位置响应与干扰抑制性能。

可重复使用运载火箭着陆支腿总体布局与关键参数优化

通过对着陆支腿数量和构型进行对比仿真分析,提出了可重复使用运载火箭着陆支腿的总体布局方案,同时建立了着陆支腿参数化仿真模型,将着陆支腿的关键几何参数作为决策变量,基于多体动力学仿真软件开展着陆稳定性仿真分析,以提高着陆稳定性、降低运载火箭返回级受到的着陆过载系数及支腿轻量化为优化目标,对着陆支腿关键几何参数进行优化和确定。仿真结果表明,优化结果能够满足工程使用需要,可以为可重复使用运载火箭着陆支腿总体方案设计提供参考。

基于西门子S7-1500的液体火箭动力测控系统设计

针对液体火箭发射前液体推进剂加注的复杂工艺流程,分析国内外现有的动力测控系统的应用现状,提出了一种基于西门子S7-1500 PLC的动力测控系统设计方案,介绍了系统组成、系统硬件和软件的设计思路,该系统可提高发射现场人员和产品的安全性,为后续实现无人值守加注发射提供参考。

把商业航天的旗帜立起来

从诞生之日起，我国航天事业就在走军民融合之路。2012年起，我国积极鼓励军民融合。当前，全球航天技术已迈入大规模工业化生产阶段，必然要进入广泛的商业化应用阶段。随着我国航天产业进入政策密集期，火箭和卫星领域逐步向民营资本放开，中国的商业航天开始破冰起航。技术人才、资本、政策是横在一般商业火箭公司面前的“三座大山”。火箭公司凭借央企背景，依托航天科工四院成熟的型号产品、完备的配套体系和庞大的人才队伍，有着得天独厚的运营条件。

液体运载火箭贮箱消漩防塌装置流场仿真研究

液体运载火箭贮箱出流末期,由于液体晃动、旋转或液面塌陷,出流口会产生夹气现象,严重影响发动机正常工作。对这一现象进行了流场仿真分析,研究发现,防塌圆盘高度越低,贮箱内推进剂液体剩余量越少,流阻越大;圆盘直径越大,发生塌陷夹气的时间越晚,圆盘直径对出流流阻的影响较小;当有漩涡和晃动时,液面塌陷会提前发生,但消漩防塌装置仍能有效推迟夹气现象的发生。研究可以为消漩防塌装置的设计提供参考。

对我国商业航天发射服务的思考和建议

《流浪地球》电影中,面对灾难,人类作为命运共同体,使用先进的航天技术把地球打造成了一款巨型航天器,奔向新的家园。而航天技术只有进入到广泛的商业应用阶段才能充分发挥它推动人类文明发展的巨大潜力,发展航天产业,首先从商业开发近地空间开始。

一种可回收火箭验证机整流罩气动外形优化

针对某型可回收火箭验证机整流罩气动外形优化问题,提出一种CAD/CFD集成仿真优化方法。首先,针对原始外形开展了气动特性计算,揭示了整流罩对全箭气动性能的影响规律。随后,利用FloEFD+HEEDS联合优化方法,以最大法向力作为优化目标,开展了128个不同整流罩外形的气动性能仿真。结果表明,不合适的整流罩外形会导致小迎角条件下法向力、俯仰力矩系数线性度变差。正迎角条件下,整流罩上下表面的压差引起了负法向力和抬头力矩,从而抵消了箭体产生的部分法向力和俯仰力矩。通过自动寻优算法,得到了满足当前尺寸约束条件下的可回收火箭验证机返回时整流罩最优气动外形,优化后的气动外形法向力系数提升了8倍。

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20 dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3 dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。

联合仿真验证的多弹道天基天线覆盖性能研究

天基测控是运载火箭遥测系统的重要组成部分,天基遥测天线的覆盖范围决定了天基测控系统工作的时效性。对天基测控天线波束指向角进行了分析,并以某型号运载火箭天基测控系统设计为例,为满足实际应用需求选取最佳安装位置,对多弹道条件下天基测控天线不同安装位置的覆盖性进行了仿真分析。采用了MATLAB/STK联合仿真,充分利用了STK矢量计算、三维场景仿真和MATLAB的程序循环控制功能,相较于使用单一软件进行问题仿真分析更有效率。

基于全局POD降阶模型的复杂薄壁结构减振优化

为了提高航空航天复杂薄壁结构频响分析效率及减振优化效率,提出了一种基于全局POD降阶模型的高效减振优化方法。离线阶段,通过CV-Voronoi序列采样方法增加样本构型,其相比于传统直接采样方法能够自适应确定加点数目,并且全局精度更高,进而结合POD技术进行减缩基矩阵更新,构建面向优化设计空间的全局减缩基矩阵,实现对结构刚度阵、质量阵、阻尼阵的模型降阶,形成全局POD降阶模型。在线阶段,采用全局POD降阶模型替代全阶模型进行快速频响分析以提升分析效率,进而采用基于代理模型的高效全局优化方法开展减振优化设计,进一步提升优化效率。通过开展圆柱壳及S弯曲面加筋壳减振优化算例研究,验证了提出方法具有模型降阶精度高、寻优高效等优势。