可回收火箭平行四边形式着陆机构设计及稳定性分析

发布时间：2017-09-20 21:00

  本文关键词：可回收火箭平行四边形式着陆机构设计及稳定性分析

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【摘要】：目前的运载火箭大都是一次性使用的,为了降低航天发射成本,各个航天国家都在探索降低火箭发射成本的方法。若火箭发射后能够实现回收,通过简单的维修进行多次发射,那么则可以大大降低发射成本。在火箭回收着陆时,火箭与地面的碰撞会产生很大的冲击载荷,甚至导致火箭失稳侧翻。为了保证火箭着陆的稳定性,对回收火箭的着陆支撑机构进行研究具有重要意义。首先,本文确定了着陆机构中着陆腿的个数,分别设计了两种着陆腿的构型方案:倒三角式着陆机构和平行四杆式着陆机构。通过对比分析这两种着陆机构的组成特点和工作原理,选定平行四杆式机构作为着陆机构的构型方案。将碰撞时的最大冲击力视为恒力作用于着陆机构上,对着陆机构进行了等效受力分析。以着陆机构的尺寸参数为自变量,以着陆机构受力最小为目标函数,建立了优化的数学模型,利用Matlab优化工具箱得出了优化结果,确定了着陆机构的尺寸参数。其次,在着陆机构的构型和尺寸参数的基础上,适当简化着陆机构,建立了着陆机构二维动力学模型。对着陆过程的动力学方程进行了分析,在Matlab中建立动力学方程的M-函数,通过调用ode函数对动力学方程进行数值求解,通过数值解判断火箭着陆后是否稳定。最后,在动力学仿真软件ADAMS中建立着陆机构的仿真模型,以不同的水平速度和姿态角为仿真初始条件,对着陆机构的着陆过程进行仿真分析。根据质心加速度响应、缓冲行程及稳定判定参数等仿真结果,分析下落高度、着陆初始水平速度、初始姿态角对着陆稳定性的影响。最后将着陆过程的运动参数离散化,通过搜索算法获取了着陆机构稳定着地的参数边界。
【关键词】：可回收火箭 着陆支撑机构 尺寸优化 动力学模型 仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V475
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 可回收火箭的研究现状9-14
• 1.3 着陆支撑机构的研究现状14-17
• 1.4 主要研究内容17-19
• 第2章 着陆支撑机构的方案设计及参数优化19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 着陆支撑机构的构型方案设计19-22
• 2.2.1 着陆机构的分类及特点19-21
• 2.2.2 着陆支撑机构的构型方案设计21-22
• 2.3 着陆支撑机构的尺寸优化22-29
• 2.3.1 冲击力的计算23-24
• 2.3.2 设计变量24-25
• 2.3.3 目标函数25-27
• 2.3.4 约束条件27-28
• 2.3.5 优化模型的求解28-29
• 2.4 着陆机构三维模型设计29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 着陆机构的动力学分析32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 着陆腿缓冲器的分析32-34
• 3.3 建立着陆动力学模型34-43
• 3.3.1 着陆稳定性要求34-35
• 3.3.2 火箭主体动力学方程35-39
• 3.3.3 着陆过程分析39-43
• 3.4 动力学方程的数值计算43-47
• 3.4.1 动力学方程的数值计算方法43-44
• 3.4.2 动力学方程的数值求解44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 着陆机构的着陆过程动力学仿真48-72
• 4.1 引言48
• 4.2 着陆机构动力学仿真模型及工况48-52
• 4.2.1 建立动力学仿真模型48-50
• 4.2.2 仿真工况的确定50-51
• 4.2.3 着陆稳定性的判定准则51-52
• 4.3 着陆过程动力学仿真分析52-69
• 4.3.1 着陆高度的影响分析52-54
• 4.3.2 着陆初始水平速度的影响分析54-62
• 4.3.3 着陆初始姿态角的影响分析62-69
• 4.4 着陆过程稳定着陆的参数边界搜索69-71
• 4.4.1 稳定参数边界的搜索方法69
• 4.4.2 稳定性边界搜索结果69-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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本文编号：890346