并聯(lián)兩級可重復使用運載器動力學虛擬樣機設計.pdf

1、并聯(lián)兩級可重復使用運載器(Reusablelaunchvehicle-RLV)是由升力體外形的軌道器和升力體外形的助推器并聯(lián)組成的、以火箭發(fā)動機為動力、垂直起飛、水平著陸的兩級可重復使用運載器。在上升飛行段軌道器和助推器分離前，助推器發(fā)動機提供上升總動力；分離后，助推器滑翔返回，水平著陸；而軌道器在分離點發(fā)動機點火，繼續(xù)爬升入軌，完成在軌任務后返回，水平著陸。它不僅可以多次重復使用，還可以快速、方便地向空間運送有效載荷，較長時間地在軌停

2、留和在軌機動，完成各種空間作業(yè)。RLV同時具有很高的軍事和民用價值，受到高度重視。 RLV的研制技術難度大，系統(tǒng)集成性強，具有很多關鍵技術。在研制其物理樣機之前，非常有必要建立RLV系統(tǒng)的虛擬樣機，以優(yōu)選設計方案、評估飛行器性能、驗證關鍵技術設計。本文參考運載火箭、彈道導彈和航天飛機數(shù)學模型和運行過程，針對并聯(lián)兩級可重復使用運載器特性，將運行過程劃分為上升段、級間分離段等九個飛行階段，并給出相應數(shù)學模型，建立仿真模型。這些模型包

3、括： 1.通用模型：1)基礎算法庫：包括常用坐標系定義、歐拉角的定義、仿真算法庫的建立等； 2)環(huán)境模型庫：包括大氣模型、地球模型、月球模型、太陽模型等； 3)力與力矩模型庫：包括動力系統(tǒng)、氣動力與力矩、引力等。其中動力系統(tǒng)包括主推進系統(tǒng)、軌道機動系統(tǒng)和反作用控制系統(tǒng)； 4)運動學與動力學模型庫：包括質心與姿態(tài)的動力學和運動學方程。 2.分段模型：1)上升段模型：分為組合體上升和軌道器上升入軌；

4、 2)級間分離段模型：建立面對稱并聯(lián)式分離、軸對稱并聯(lián)分離和串聯(lián)式分離； 3)返回段模型：包括軌道再入段、能量管理段、進場著陸段； 4)助推器返回模型：分為自由段、轉彎段和滑翔到能量管理界面、能量管理段、進場著陸段。 在此基礎上，并充分考慮樣機的合理性、可重用性、可擴展性以及易用性，建立上升段、分離段、軌道器在軌段、軌道器再入段、軌道器能量管理段、軌道器著陸段、助推器返回段、助推器能量管理段和助推器著陸段九