本文關鍵詞：可回收火箭平行四邊形式著陸機構設計及穩(wěn)定性分析

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【摘要】：目前的運載火箭大都是一次性使用的,為了降低航天發(fā)射成本,各個航天國家都在探索降低火箭發(fā)射成本的方法。若火箭發(fā)射后能夠實現(xiàn)回收,通過簡單的維修進行多次發(fā)射,那么則可以大大降低發(fā)射成本。在火箭回收著陸時,火箭與地面的碰撞會產生很大的沖擊載荷,甚至導致火箭失穩(wěn)側翻。為了保證火箭著陸的穩(wěn)定性,對回收火箭的著陸支撐機構進行研究具有重要意義。首先,本文確定了著陸機構中著陸腿的個數(shù),分別設計了兩種著陸腿的構型方案:倒三角式著陸機構和平行四桿式著陸機構。通過對比分析這兩種著陸機構的組成特點和工作原理,選定平行四桿式機構作為著陸機構的構型方案。將碰撞時的最大沖擊力視為恒力作用于著陸機構上,對著陸機構進行了等效受力分析。以著陸機構的尺寸參數(shù)為自變量,以著陸機構受力最小為目標函數(shù),建立了優(yōu)化的數(shù)學模型,利用Matlab優(yōu)化工具箱得出了優(yōu)化結果,確定了著陸機構的尺寸參數(shù)。其次,在著陸機構的構型和尺寸參數(shù)的基礎上,適當簡化著陸機構,建立了著陸機構二維動力學模型。對著陸過程的動力學方程進行了分析,在Matlab中建立動力學方程的M-函數(shù),通過調用ode函數(shù)對動力學方程進行數(shù)值求解,通過數(shù)值解判斷火箭著陸后是否穩(wěn)定。最后,在動力學仿真軟件ADAMS中建立著陸機構的仿真模型,以不同的水平速度和姿態(tài)角為仿真初始條件,對著陸機構的著陸過程進行仿真分析。根據(jù)質心加速度響應、緩沖行程及穩(wěn)定判定參數(shù)等仿真結果,分析下落高度、著陸初始水平速度、初始姿態(tài)角對著陸穩(wěn)定性的影響。最后將著陸過程的運動參數(shù)離散化,通過搜索算法獲取了著陸機構穩(wěn)定著地的參數(shù)邊界。
【關鍵詞】：可回收火箭 著陸支撐機構 尺寸優(yōu)化 動力學模型 仿真
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V475
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 研究背景與意義8-9
• 1.2 可回收火箭的研究現(xiàn)狀9-14
• 1.3 著陸支撐機構的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 主要研究內容17-19
• 第2章 著陸支撐機構的方案設計及參數(shù)優(yōu)化19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 著陸支撐機構的構型方案設計19-22
• 2.2.1 著陸機構的分類及特點19-21
• 2.2.2 著陸支撐機構的構型方案設計21-22
• 2.3 著陸支撐機構的尺寸優(yōu)化22-29
• 2.3.1 沖擊力的計算23-24
• 2.3.2 設計變量24-25
• 2.3.3 目標函數(shù)25-27
• 2.3.4 約束條件27-28
• 2.3.5 優(yōu)化模型的求解28-29
• 2.4 著陸機構三維模型設計29-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第3章 著陸機構的動力學分析32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 著陸腿緩沖器的分析32-34
• 3.3 建立著陸動力學模型34-43
• 3.3.1 著陸穩(wěn)定性要求34-35
• 3.3.2 火箭主體動力學方程35-39
• 3.3.3 著陸過程分析39-43
• 3.4 動力學方程的數(shù)值計算43-47
• 3.4.1 動力學方程的數(shù)值計算方法43-44
• 3.4.2 動力學方程的數(shù)值求解44-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第4章 著陸機構的著陸過程動力學仿真48-72
• 4.1 引言48
• 4.2 著陸機構動力學仿真模型及工況48-52
• 4.2.1 建立動力學仿真模型48-50
• 4.2.2 仿真工況的確定50-51
• 4.2.3 著陸穩(wěn)定性的判定準則51-52
• 4.3 著陸過程動力學仿真分析52-69
• 4.3.1 著陸高度的影響分析52-54
• 4.3.2 著陸初始水平速度的影響分析54-62
• 4.3.3 著陸初始姿態(tài)角的影響分析62-69
• 4.4 著陸過程穩(wěn)定著陸的參數(shù)邊界搜索69-71
• 4.4.1 穩(wěn)定參數(shù)邊界的搜索方法69
• 4.4.2 穩(wěn)定性邊界搜索結果69-71
• 4.5 本章小結71-72
• 結論72-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77

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本文編號：890346