运载火箭动力系统、遥测系统数值仿真

摘要

目前，在国内各航天器发射基地内，“训练无实装，操作口头讲”一直是靶场发射系统参试人员在训练中面临的难题。这就迫切需要研制一套‘计算机交互式模拟训练系统’，来满足在无任务期间参试人员的训练和新兵的学习等需求。本文就是为解决这一现实问题，提出对运载火箭主要联邦进行面向训练的计算机全数字仿真。 本文在MATLAB/Simulink环境下，用框架式语言对运载火箭七大联邦中的三个主要联邦进行数值建模、仿真。这三个联邦分别为遥测系统、常规动力系统、低温动力系统，后两个联邦又统称为动力系统。本文建立了动力系统和遥测系统内的重要单机模块的数学模型，然后用系统的思想将单机模型组装形成动力系统与遥测系统的仿真模型。 火箭动力系统是火箭飞行的动力源，本论文中针对贮箱模块、燃气发生器及涡轮泵模块、推力室模块分别建立其数学模型，根据系统功能分别构建一级、二级、三级发动机整体模型，模拟火箭起飞后，火箭发动机内不同位置上的压力、流量以及各涡轮转速等状态，数学模型求解迅速、仿真结果与实际相符。 遥测系统的作用是对火箭的各种参数进行检测，并把检测结果通过信道传送到地面控制台进行数据处理和显示，实现对火箭的远程监控。本论文中建立了六类遥测系统的分模块，即64路采编器、中心程序器及发射机、传输信道、接收设备、非电量传感器、安全保证等。在此基础上，根据各子级箭上设备配置情况，分别创建了二级，三级遥测系统的数学模型，完整地模拟了遥测系统对各联邦遥测信号的采集、编码、调制、发射、接收、解调、解码全过程。 仿真结果证明本论文研究开发的数学模型较为准确地反应了火箭的两大系统--动力系统与遥测系统的工作过程，也为参试人员提供了一个系统学习的平台，并为今后研制‘面向故障诊断的运载火箭全数字仿真系统’打下基础。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1项目来源及意义

1.2航天仿真的发展概况及现状

1.2.1航天仿真的发展历程

1.2.2航天仿真分类

1.3火箭发射训练系统的仿真

1.3.1航天发射模拟训练系统的现状

1.3.2航天发射模拟训练系统的需求

1.4本文仿真方法及总体结构

1.4.1所采用仿真方法

1.4.2文章总体结构

第二章火箭数字化仿真系统

2.1系统研制目的

2.2仿真软件及仿真模型

2.2.1仿真软件的类别

2.2.2 Simulink模型

2.2.3 Simulink仿真模型的运行与调试

2.3仿真系统构造及接口设计

2.3.1 视景仿真

2.3.2 HLA仿真平台

2.3.3数值仿真

2.3.4 Matlab_RTI适配器

第三章动力系统数值仿真

3.1火箭动力系统特点及分类

3.2液体运载火箭推进系统的发展概况

3.3泵压式液体火箭发动机

3.4动力系统数学模型

3.4.1贮箱子系统

3.4.2燃气发生器及涡轮泵子系统

3.4.3推力室子系统

3.4.4动力系统总体模型

3.4.5仿真结果与分析

第四章遥测系统数值仿真

4.1遥测系统介绍

4.1.1遥测系统发展情况

4.1.2箭载遥测系统

4.1.3常用遥测系统体制

4.2遥测系统数学模型

4.2.1远置单元

4.2.2中心程序器及发射机

4.2.3传输信道

4.2.4接收设备

4.2.5非电量传感器

4.2.6安全模块

4.2.7遥测系统总体模型

4.2.8仿真结果分析

第五章结论与展望

致谢

参考文献

附录

个人简历