一种箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法

技术领域

本发明涉及火箭分离动力学的验证方法技术领域，特别涉及一种箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法。

背景技术

箱式运载火箭分离系统由3个分离子系统组成：一二级分离系统、整流罩分离系统、二三级分离系统。一二级分离机构可实现火箭一级与二级的机械连接，满足用于发射时工况下的可靠连接，以及动态分离过程中的可靠分离。箱式火箭一级与二级的成功分离是成功发射的重要环节，分离不成功将导致任务失败，为降低研制风险，需开展一级与二级分离的动力学验证试验。

由于地面环境与试验场地等限制，目前已有的分离试验主要为单个分离弹簧的静力试验和整体小载荷的吊挂试验，分离试验与真实自由状态分离有较大差异，无法准确获得分离动态特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法，准确获得箱式发射火箭一、二子级分离的动态特性，验证分离的可靠性，为分离机构参数设计提供指导。

本发明的技术方案是：提供一种箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法，包括如下步骤：

S1、将火箭级间竖直两体分离自由运动等效成水平单体分离运动；

S2、分离单体等效质量计算；

S3、将三个侧向载荷等效为一个水平载荷；

S4、分离动力学等效验证；

S5、测试结果判读。

进一步的，所述步骤S1中，将火箭竖直分离时，一子级与二子级的自由分离运动等效为水平分离状态，一子级结构筒固定，分离单体水平运动。

进一步的，所述步骤S2中，分离单体等效质量计算具体为：

等效质量

进一步的，所述步骤S3中：

将火箭一子级承受的气动力F

和力矩

其中d

进一步的，所述步骤S3中，将分离界面处等效剪力F

进一步的，所述步骤S4中，火箭一子级结构筒通过固定装置固定在大地上，通过气压将分离单体结构筒悬浮在大理石平台上，通过高速摄相机测量分离单体的位移，通过钢丝绳定滑轮质量块，将剪力F

进一步的，所述分离单体结构筒的质量

进一步的，钢丝绳固结分离单体结构筒上，钢丝绳绕过定滑轮，另一端固结在质量块上，质量块的质量m

钢丝绳与分离单体结构筒固结点与分离界面的距离

进一步的，定滑轮距离钢丝绳与分离单体结构筒固结点的距离l≥10m，保证分离过程中，钢丝绳拉力在分离方向的分量可以忽略不计。

进一步的，所述步骤S5中，将分离单体的位移通过欧拉差分计算得到分离速度，将分离距离大于火箭一、二级弹簧压缩行程，且分离速度大于1m/s，作为是否成功分离的判断条件。

本发明提供的箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法取得的有益效果是：

利用本发明方法可有效的测试箱式发射火箭一、二子级分离的动态特性，验证分离的可靠性，原理严密合理，等效方法清晰，操作方法便易可行。并且经济、实施容易。可以广泛应用于火箭类不同子级间的分离试验。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明一种箱式发射火箭一、二子级分离动力学验证方法示意图；

图2为本发明箱式发射火箭一、二子级分离动力学验证等效原理；

图3为本发明分离距离测试结果判读示意图；

图4为本发明分离速度测试结果判读示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，利用本发明方法可有效的测试箱式发射火箭一、二子级分离的动态特性，验证分离的可靠性，原理严密合理，等效方法清晰，操作方法便易可行。并且经济、实施容易。可以广泛应用于火箭类不同子级间的分离试验。

实施例1

以下结合说明书附图对本申请实施所提供的一种箱式发射火箭一、二子级分离动力学等效验证方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～4所示)：

一、火箭级间竖直两体分离自由运动等效成水平单体分离运动

将火箭竖直分离时，一子级与二子级的自由分离运动等效为水平分离状态，一子级结构筒固定，分离单体水平运动，如图2(右)所示。

二、分离单体等效质量计算

根据加速度相等原理，运动端等效质量

三、三个侧向载荷等效为一个水平载荷

箱式发射火箭一、二子级竖直两体分离自由运动状态如图2(左)所示，火箭一子级上受气动力F

将火箭一子级承受的气动力F

和力矩

d

再将分离界面处等效剪力F

四、分离动力学等效验证方法

分离动力学等效验证方法如图1所示，火箭一子级结构筒4通过固定装置固定在大地上；通过气压将分离单体结构筒3悬浮在大理石平台2上；通过高速摄相机6测量分离单体的位移；通过钢丝绳定滑轮5质量块1，将剪力F

分离单体结构筒的质量

钢丝绳固结分离单体结构筒上，钢丝绳绕过定滑轮，另一端固结在质量块上，质量块的质量m

钢丝绳与分离单体结构筒固结点与分离界面的距离

定滑轮距离钢丝绳与分离单体结构筒固结点的距离l≥10m，保证分离过程中，钢丝绳拉力在分离方向(X方向)的分量可以忽略不计；

五、测试结果判读

将分离单体的位移，通过欧拉差分，计算得到分离速度，将分离距离大于火箭一、二级弹簧压缩行程(如图3所示)，且分离速度大于1m/s(如图4所示)，作为是否成功分离的判断条件。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。