可重复使用火箭弹性缓冲装置结构设计及模糊控制系统研究
发布时间：2020-07-23 21:02
【摘要】：目前,航天发射技术已逐渐趋于成熟,技术要求逐渐降低,因此低成本、高性能的商业运载火箭的需求越来越强烈。国外已经开始了垂直起落方式的可重复使用运载火箭方案的飞行试验,但以往的研究中,可重复使用火箭弹性缓冲装置方面的研究非常少,且主要集中于多刚体模型或多刚体向单刚体模型简化方向上,并不考虑系统构件的弹性变形。本文从生物跳跃角度出发,设计可重复使用火箭弹性缓冲装置,对关键吸能减震部分进行设计和控制系统进行设计,最终进行联合仿真,得出可重复使用火箭弹性缓冲装置系统的着陆缓冲性能。本文主要研究内容如下:从仿生学原理来思考弹性缓冲装置的基本组成部分,设计出弹性缓冲装置的总体结构。建立可重复使用火箭弹性缓冲装置系统多自由度的空间运动系统坐标系,通过分析系统自由度和着陆方式,对弹性缓冲装置系统的着陆过程进行分析,得到着陆系统模型,并进行简化模型,建立弹性缓冲装置系统的动力学模型。对磁流变液及磁流变阻尼器的工作模式进行研究,了解磁流变阻尼器基本工作原理。对磁流变阻尼器的力学模型进行研究,并建立针对弹性缓冲装置的缓冲系统力学模型。经过分析研究,对磁流变阻尼器进行力学分析和材料选取,设计出一种适合弹性缓冲装置的磁流变液。最后对磁流变阻尼器进行结构优化和电磁分析,确定缓冲系统的力学参数。应用模糊控制系统,分析确定模糊控制器的控制方法、量化因子、比例因子和语言变量等。对模糊控制器的结构、变量和控制状态进行分析,规定“模糊控制规则”。应用Matlab中的模糊逻辑工具箱设计出针对可重复使用火箭弹性缓冲装置的mamdani型模糊控制器,并确定模糊控制系统参数。应用Adams和Matlab/Simulink对可重复使用火箭起落缓冲装置进行联合仿真,分析得出着陆系统着陆时的缓冲性能曲线。分析了弹性缓冲装置着陆过程中的缓冲性能,说明本文设计能够满足着陆要求。分析不同控制策略和姿态偏角对弹性缓冲装置缓冲性能的影响。本文对于可重复使用火箭起落缓冲装置缓冲装置的设计和分析有一定的指导意义,为后续研究提供了理论依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ71;TP273
【图文】：
计划的终结。但是，航天飞机作为第一个实现运载器部分重复使用的航天器，对可重复逡逑使用运载器发展具有里程碑意义。逡逑图１．１邋“Ｘ－２０”载人航天空炸机逦图１．２美国航天飞机发射逡逑除此之外，２０世纪８０至９０年代，美国提出过多项可重复使用运载器研制计划，例逡逑如：１９８６年开始研制的水平起降、单级入轨飞行器的高超速研究机Ｘ—３０；邋１９９３年麦逡逑道航宇公司研制的“三角快帆试验机”（ＤＣ—Ｘ）；邋１９９６年洛马公司研制的垂直起飞、逡逑水平降落的Ｘ—３３等。这些计划为美国获取先进航天技术的同时，经费预算的严重超支，逡逑关键技术的不成熟等原因也最终导致了这些计划的终止。逡逑Ｉ邋ｉ逡逑图１．３邋“ＤＣ—Ｘ”试验机逦图１．４邋“Ｘ—３７Ｂ”轨道试验飞行器逡逑２０世纪９０年代末，为了支持空军执行空间作战任务，美国开展了“军用空间飞机”逡逑（ＭＳＰ）计划。２００１年，美国开始实施“国家航空航天倡议”（ＮＡｌｉ计划，目的在于实逡逑现空间进入、控制空间、远程打击能力，为此研制的Ｘ—３７Ｂ轨道试验飞行器截止到２０１２逡逑年１１月己经成功进行２次飞行试验。２００３年美国开展“超燃冲压发动机验证器一乘波体”逡逑（ＳＥＤ－ＷＲ）计划，２００５年^u始研制飞行器Ｘ—５１Ａ，从２００９年１２月至２０１２年８月先后三逡逑次试飞均以失败告终，最终于２０１３年５月１日进行的第四次中试飞成功，该计划也是“美逡逑国高超声速远景计划”的重要支撑之一。２００９年
使用运载器发展具有里程碑意义。逡逑图１．１邋“Ｘ－２０”载人航天空炸机逦图１．２美国航天飞机发射逡逑除此之外，２０世纪８０至９０年代，美国提出过多项可重复使用运载器研制计划，例逡逑如：１９８６年开始研制的水平起降、单级入轨飞行器的高超速研究机Ｘ—３０；邋１９９３年麦逡逑道航宇公司研制的“三角快帆试验机”（ＤＣ—Ｘ）；邋１９９６年洛马公司研制的垂直起飞、逡逑水平降落的Ｘ—３３等。这些计划为美国获取先进航天技术的同时，经费预算的严重超支，逡逑关键技术的不成熟等原因也最终导致了这些计划的终止。逡逑Ｉ邋ｉ逡逑图１．３邋“ＤＣ—Ｘ”试验机逦图１．４邋“Ｘ—３７Ｂ”轨道试验飞行器逡逑２０世纪９０年代末，为了支持空军执行空间作战任务，美国开展了“军用空间飞机”逡逑（ＭＳＰ）计划。２００１年，美国开始实施“国家航空航天倡议”（ＮＡｌｉ计划，目的在于实逡逑现空间进入、控制空间、远程打击能力，为此研制的Ｘ—３７Ｂ轨道试验飞行器截止到２０１２逡逑年１１月己经成功进行２次飞行试验。２００３年美国开展“超燃冲压发动机验证器一乘波体”逡逑（ＳＥＤ－ＷＲ）计划，２００５年^u始研制飞行器Ｘ—５１Ａ，从２００９年１２月至２０１２年８月先后三逡逑次试飞均以失败告终，最终于２０１３年５月１日进行的第四次中试飞成功，该计划也是“美逡逑国高超声速远景计划”的重要支撑之一。２００９年
逑图１．５邋“蚱蜢”火箭试验逦图１．６邋“猎鹰９”可Q嬍栈鸺义厦拦仗剿骷际豕疚送瓿啥粤杂ヒ诲澹够鸺芍馗词褂眉际醯南喙匮橹ぃ紫儒义贤ü⑹凳┝隋濉膀泼汀保ǎ牵颍幔螅螅瑁铮穑穑澹颍┘苹郏梗荨＃玻埃保材辏乖拢拦仗剿骷际豕臼状五义辖惺匝椋舜尾馐陨崭叨冉鲐福趁撞⑼Ａ簦趁耄撕螅樱穑幔茫澹亍膀乞臁被鸺纸辛耍峰义洗尾馐裕直鹗牵担矗怼ⅲ矗埃怼ⅲ福埃怼ⅲ常玻担怼ⅲ玻担埃怼ⅲ罚矗矗恚⒃诘谄咛冢玻担懊赘呖战义闲校保埃懊缀嵯蚍尚胁馐浴ｅ义希玻埃保茨辏丛拢保溉眨拦占涮剿鳎呒际豕纠谩傲杂ァ币唬梗郑保痹嗽鼗鸺涌晌义隙欠⑸渲行姆⑸洹傲被踉朔纱葱泄士占湔净踉瞬垢挝瘢⑸涔讨卸曰鸺义系谝患督锌刂品祷睾Ｃ嘟德涫匝椴⑷〉贸晒ΑＵ馐牵樱穑幔悖澹毓镜谝淮卧诨鸺葱泻教戾义戏⑸淙挝袷卑沧白怕街С沤峁梗匝橹っ髯怕街С沤峁苟曰鸺⑸涔滩换嵩斐扇魏斡板义舷臁４送
本文编号：2767835
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ71;TP273
【图文】：
计划的终结。但是，航天飞机作为第一个实现运载器部分重复使用的航天器，对可重复逡逑使用运载器发展具有里程碑意义。逡逑图１．１邋“Ｘ－２０”载人航天空炸机逦图１．２美国航天飞机发射逡逑除此之外，２０世纪８０至９０年代，美国提出过多项可重复使用运载器研制计划，例逡逑如：１９８６年开始研制的水平起降、单级入轨飞行器的高超速研究机Ｘ—３０；邋１９９３年麦逡逑道航宇公司研制的“三角快帆试验机”（ＤＣ—Ｘ）；邋１９９６年洛马公司研制的垂直起飞、逡逑水平降落的Ｘ—３３等。这些计划为美国获取先进航天技术的同时，经费预算的严重超支，逡逑关键技术的不成熟等原因也最终导致了这些计划的终止。逡逑Ｉ邋ｉ逡逑图１．３邋“ＤＣ—Ｘ”试验机逦图１．４邋“Ｘ—３７Ｂ”轨道试验飞行器逡逑２０世纪９０年代末，为了支持空军执行空间作战任务，美国开展了“军用空间飞机”逡逑（ＭＳＰ）计划。２００１年，美国开始实施“国家航空航天倡议”（ＮＡｌｉ计划，目的在于实逡逑现空间进入、控制空间、远程打击能力，为此研制的Ｘ—３７Ｂ轨道试验飞行器截止到２０１２逡逑年１１月己经成功进行２次飞行试验。２００３年美国开展“超燃冲压发动机验证器一乘波体”逡逑（ＳＥＤ－ＷＲ）计划，２００５年^u始研制飞行器Ｘ—５１Ａ，从２００９年１２月至２０１２年８月先后三逡逑次试飞均以失败告终，最终于２０１３年５月１日进行的第四次中试飞成功，该计划也是“美逡逑国高超声速远景计划”的重要支撑之一。２００９年
使用运载器发展具有里程碑意义。逡逑图１．１邋“Ｘ－２０”载人航天空炸机逦图１．２美国航天飞机发射逡逑除此之外，２０世纪８０至９０年代，美国提出过多项可重复使用运载器研制计划，例逡逑如：１９８６年开始研制的水平起降、单级入轨飞行器的高超速研究机Ｘ—３０；邋１９９３年麦逡逑道航宇公司研制的“三角快帆试验机”（ＤＣ—Ｘ）；邋１９９６年洛马公司研制的垂直起飞、逡逑水平降落的Ｘ—３３等。这些计划为美国获取先进航天技术的同时，经费预算的严重超支，逡逑关键技术的不成熟等原因也最终导致了这些计划的终止。逡逑Ｉ邋ｉ逡逑图１．３邋“ＤＣ—Ｘ”试验机逦图１．４邋“Ｘ—３７Ｂ”轨道试验飞行器逡逑２０世纪９０年代末，为了支持空军执行空间作战任务，美国开展了“军用空间飞机”逡逑（ＭＳＰ）计划。２００１年，美国开始实施“国家航空航天倡议”（ＮＡｌｉ计划，目的在于实逡逑现空间进入、控制空间、远程打击能力，为此研制的Ｘ—３７Ｂ轨道试验飞行器截止到２０１２逡逑年１１月己经成功进行２次飞行试验。２００３年美国开展“超燃冲压发动机验证器一乘波体”逡逑（ＳＥＤ－ＷＲ）计划，２００５年^u始研制飞行器Ｘ—５１Ａ，从２００９年１２月至２０１２年８月先后三逡逑次试飞均以失败告终，最终于２０１３年５月１日进行的第四次中试飞成功，该计划也是“美逡逑国高超声速远景计划”的重要支撑之一。２００９年
逑图１．５邋“蚱蜢”火箭试验逦图１．６邋“猎鹰９”可Q嬍栈鸺义厦拦仗剿骷际豕疚送瓿啥粤杂ヒ诲澹够鸺芍馗词褂眉际醯南喙匮橹ぃ紫儒义贤ü⑹凳┝隋濉膀泼汀保ǎ牵颍幔螅螅瑁铮穑穑澹颍┘苹郏梗荨＃玻埃保材辏乖拢拦仗剿骷际豕臼状五义辖惺匝椋舜尾馐陨崭叨冉鲐福趁撞⑼Ａ簦趁耄撕螅樱穑幔茫澹亍膀乞臁被鸺纸辛耍峰义洗尾馐裕直鹗牵担矗怼ⅲ矗埃怼ⅲ福埃怼ⅲ常玻担怼ⅲ玻担埃怼ⅲ罚矗矗恚⒃诘谄咛冢玻担懊赘呖战义闲校保埃懊缀嵯蚍尚胁馐浴ｅ义希玻埃保茨辏丛拢保溉眨拦占涮剿鳎呒际豕纠谩傲杂ァ币唬梗郑保痹嗽鼗鸺涌晌义隙欠⑸渲行姆⑸洹傲被踉朔纱葱泄士占湔净踉瞬垢挝瘢⑸涔讨卸曰鸺义系谝患督锌刂品祷睾Ｃ嘟德涫匝椴⑷〉贸晒ΑＵ馐牵樱穑幔悖澹毓镜谝淮卧诨鸺葱泻教戾义戏⑸淙挝袷卑沧白怕街С沤峁梗匝橹っ髯怕街С沤峁苟曰鸺⑸涔滩换嵩斐扇魏斡板义舷臁４送
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