探空火箭动力学与风修技术研究

摘要

探空火箭作为一种结构简单的无控系统飞行器，能够通过选择不同发动机调整火箭射高，且造价远低于卫星、空间站等轨道运行设备。目前广泛应用于近地空间环境探测，微重力实验及新型空间设备验证等多个领域。本文以某型探空火箭为背景，对探空火箭飞行全过程进行了动力学建模，研究了降落伞-探空仪系统的分离、展开到稳定下落的具体过程并进行了特性分析，对可能影响探空火箭飞行弹道的因素进行了具体分析，针对探空火箭飞行轨迹可能在风场作用下出现的偏差，提出了一种基于保证降落伞-探空仪系统顺利分离的风修方法，为探空火箭弹道的风场补偿提供了新的思路。
　　首先，对探空火箭从发射离轨到自由飞行段进行了建模，对发射及自由飞行段的基本特性进行了分析，并对不同发射仰角下下沉角对火箭射高的影响进行了研究。其次，对降落伞分离-拉直-充气过程进行了研究，针对该过程中可能出现的头锥-箭体碰撞问题进行了具体分析。建立了包含伞体附加质量特性的盘缝带伞-探空仪多体系统模型，对风场影响下降落伞-探空仪稳定下落过程中的相对运动特性进行了分析。再次，以探空火箭射高为试验目标，采用正交试验的方法，选取可能对射高产生影响的偏差参数进行仿真试验。通过对所得试验结果进行分析，得到各参数对火箭射高的影响趋势及显著程度。最后，对探空仪系统与箭体的分离条件进行了分析，并在此基础上，基于模式搜索法，以分离条件为目标，进行风修计算，并设计了一简易交互界面。经多组风场数据检验，该方法快速且精确度较高。
　　文中所做工作可为探空火箭的设计分析及发射等问题提供理论依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外探空火箭发展情况

1.3 相关理论研究情况

1.4 本文主要研究内容

第二章 探空火箭发射离轨及外弹道特性动力学分析

2.1 发射离轨动力学模型

2.2 火箭外弹道动力学模型

2.3 发射离轨及外弹道特性分析

2.4 小结

第三章 降落伞-探空仪展开及下落特性动力学分析

3.1 引言

3.2 降落伞分离-拉直过程动力学模型

3.3 主伞的充气过程

3.4 探空仪稳定下落特性分析

3.5 小结

第四章 探空火箭弹道影响因素分析

4.1 引言

4.2 正交试验设计方法

4.3 正交试验方案设计

4.4 正交试验结果分析

4.5 小结

第五章 探空火箭的风场修正方法研究

5.1 引言

5.2 分离条件分析

5.3 风场修正方法

5.4 风修仿真分析

5.5 小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果