探空火箭气动外形设计优化模型与方法论文

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1、摘要探空火箭是空间科学研究的重要手段，随着我国对空间环境探测需求日益迫切，亟需开展探空火箭系统型谱规划工作。本文对国内探空火箭需求进行综合分析。探空火箭的系列化、模块化设计是进行体系构建的必由之路，确定以发动机作为功能模块进行模块化设计。采用基于独立性公理的系统模块化组成方法，指导发动机方案选择。建立探空火箭的弹道、气动计算模型。采用序列近似优化方法，对单级探空火箭探测-1进行气动/发动机一体化优化，验证计算模型和优化算法的可行性和优化效果。运用解耦法对两种二级探空火箭和进行气动外形优化设计，使用无量纲加权法对三级探空火箭和四

2、级探空火箭进行统一的气动外形优化设计，实现发动机与尾翼的模块化集成。最终得到系列化探空火箭型谱，并绘制相关弹道图和气动特性数据图表。型谱初步实现了模块化，用尽量少的发动机模块完成尽可能多的探测任务，气动外形同步实现模块化，一定程度上提高了模块化程度。型谱覆盖范围较广、模块化程度较高，体现了较好的经济效益。综上，本文在国内需求的牵引下，建立了固体探空火箭从总体规划到总体参数快速设计、优化的方法和流程，为探空火箭初期总体设计工作提供参考和借鉴。第126页主题词：系列化、探空火箭、型谱、模块化、公理化设计、序列近似优化方法、气动优化

3、设计第126页ABSTRACTThesoundingrocketisanimportanttechniqueofspacescienceexploration.Becauseofthestrongneedforspaceenvironmentexploration,moreresearchshouldbeperformedandplanned.Inthisstudy,basedonstatisticalinvestigation,0~1500kmwassettobetheexplorationgoal.Theseriesand

4、modularizationofthesoundingrocketarenecessary.Powerenginewasdefinedasthefunctionmodulesandsystematicconstructionanddesignwasproposed.Threetypesandfiverocketswereintroduced.Thebasictheorywasanalyzedandtheindependenceofthetheorywasstudied.Mathematicalmodelswerebuiltan

5、dinferencesweregiven,basedonwhichsystematicandmodulardesigngeneralprocessesweredemonstrated.Thenthestructureofthespectrumenginewasinvestigatedsothatthecouplingmodelwasobtained.Thisfacilitatestheacquisitionoftheenginespecification.Finally,theestablishmentofasoundingr

6、ockettrajectory,aerodynamiccalculationmodelwasdefined.Forrocket-I,theaerodynamicshapeandenginewereoptimizedandthefeasibilitywasvalidated.For2-stagerocketand3-stagerocket,aerodynamicoptimizationwasperformed.Dimensionlessmodelwasacquiredandprocessedon3-stagerocketand4

7、-stagerocketfortheaerodynamicdesign.第126页Eventuallythesystematicrocketspectrum,includingthetrajectorygraphandaerodynamicpropertiesdiagram,consistsoffivetypeswith1-stage,2-stage,3-stageand4-stage,whichcancover0~1500kmheighttask.Thespectrumiscapableofwideextent,highmo

8、dularizationandlowexpense.Thispaperestablishedthemethodandprocesstoefficientlydesignandoptimizeoverallplanningandparametersinconceptiondes