基于多体动力学的火箭飞行仿真研究

发布时间：2017-04-28 13:18

  本文关键词：基于多体动力学的火箭飞行仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：运载火箭在飞行过程中的运动和受力是非常复杂的。传统的运载火箭设计模式是一种串行模式,即把设计结果依次展开。这种设计模式实质上是将同时影响运载火箭的质量、质心、气动力、推力、飞行轨迹等诸因素人为地割裂开来,无法合理利用空气动力、地球引力、飞行轨迹等各个子学科之间的相互作用可产生的协同效应,导致最终结果失去火箭系统的整体最优化结果,导致设计周期加长,开发成本增加。 采用运动学和动力学仿真技术可以降低研制的成本,加快设计的进度。本文基于多体动力学软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanic System)平台,应用ADAMS二次开发功能,使用Fortran语言编写仿真流程控制子程序、重力子程序、气动力控制力子程序,实现火箭飞行过程中的质量变化、质心变化,搭建了火箭飞行仿真平台,实现了火箭飞行过程的动力学建模和仿真。本文的研究工作和成果主要包括以下几个方面： (1)对火箭飞行过程的运动和受力进行了全面系统的分析； (2)通过仿真流程控制子程序CONSUB实现了火箭飞行过程中的质量变化、质心变化。 (3)忽略火箭的振动和内部结构的相互影响,建立火箭的三维模型,使用重力子程序VFOSUB、推力子程序SFOSUB、控制力子程序GFOSUB及气动力函数建立火箭飞行的动力学模型。该模型考虑了火箭飞行过程各种载荷包括地球引力,气动力、推力、控制力,搭建火箭飞行的一体化仿真平台。 (4)实现了火箭在飞行时序条件下的初始阶段的飞行仿真。 (5)分析了火箭飞行过程中位置、速度、加速度和火箭各子结构相互间的作用力,分析了级间力在火箭飞行过程中的变化规律。 本文基于对火箭的飞行过程的运动学和动力学仿真及分析,开创性的使用多体动力学软件ADAMS实现了火箭飞行过程变质量、变质心的描述,建立了包括重力、气动力、控制力和推力等多因素多学科场量的火箭飞行过程一体化仿真平台。为火箭研制开发中涉及到的各个学科的科研人员提供了一个共享平台,节约了开发时间。
【关键词】：多体动力学 火箭 ADAMS 二次开发 一体化
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V412.1;TP391.9
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-23
• 1.1 研究背景与意义11-19
• 1.1.1 运载火箭的特点11-12
• 1.1.2 运载火箭的组成和分类12-13
• 1.1.3 多体动力学理论及虚拟样机介绍13-18
• 1.1.4 研究意义18-19
• 1.2 运载火箭设计研制的现状和发展趋势19-21
• 1.3 研究的目的与内容21-23
• 2 运载火箭飞行过程运动和受力分析23-41
• 2.1 常用坐标系的定义和转换关系23-28
• 2.1.1 常用坐标系23-26
• 2.1.2 坐标系变换26-28
• 2.2 地球引力28-31
• 2.3 气动力31-33
• 2.4 推力、控制力和控制力矩33-37
• 2.4.1 火箭发动机推力计算33-36
• 2.4.2 控制力和控制力矩36-37
• 2.5 运载火箭的矢量运动方程37-39
• 2.6 小结39-41
• 3 运载火箭飞行仿真方案及仿真平台搭建41-57
• 3.1 运载火箭飞行仿真方案41-42
• 3.2 火箭质量、质心变化的实现形式42-44
• 3.3 三维模型的建立44-45
• 3.4 动力学模型的建立45-47
• 3.5 火箭飞行仿真ADAMS界面及对话框开发47-48
• 3.6 变质量、变质心和控制力子程序开发48-56
• 3.6.1 子程序的编制49-54
• 3.6.2 子程序的编译链接过程54-56
• 3.7 小结56-57
• 4 火箭飞行过程仿真平台校验及算例57-67
• 4.1 仿真模型57-58
• 4.2 仿真平台质量变化和气动力计算校验58-60
• 4.3 仿真算例60-66
• 4.4 小结66-67
• 5 结论和展望67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-71
• 作者简历71-75
• 学位论文数据集75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 张靖男;赵兴锋;郑志强;黄柯棣;;战术导弹的弹道仿真模型[J];兵工自动化;2006年08期

2 刘莉,王竞男;旋转弹两级分离动力学模型建立与仿真[J];北京理工大学学报;2005年02期

3 陈岱民,苗忠,石玉祥,赵明晶;地球同步卫星及其轨道计算[J];长春大学学报;1999年02期

4 崔新军;关于弹道模型积分步长选取的讨论[J];弹箭与制导学报;1997年03期

5 吴媛媛;吴进华;唐静;;基于Matlab的导弹飞行动力学仿真模型库设计[J];海军航空工程学院学报;2005年02期

6 刘广;;某导弹发射过程虚拟试验仿真[J];计算机辅助工程;2006年S1期

7 雷刚,鲜勇;弹道导弹飞行弹道的三维仿真[J];计算机仿真;2005年08期

8 赵蕴杰;曹迎春;张庆斌;柯海波;;基于Matlab的三维动态弹道仿真研究[J];计算机仿真;2007年06期

9 赵敏;崔维成;;多学科设计优化研究应用现状综述[J];中国造船;2007年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 唐明亮;飞行器弹道仿真通用软件设计[D];西北工业大学;2006年

2 祝强军;弹道导弹弹道仿真与优化设计[D];西北工业大学;2007年

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本文编号：332911