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级探空火箭进行统一的气动外形优化设计，实现发动机

2、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、气动优化设计第126页ABSTRACTThesoundingrocketisanimportanttec

3、hniqueofspacescienceexploration.Becauseofthestrongneedforspaceenvironmentexploration,moreresearchshouldbeperformedandplanned.Inthisstudy,basedonstatisticalinvestigation,0~1500kmwassettobetheexplorationgoal.Theseriesandmodularizationofthesoundingrocketarenecessary.Powerenginewasdefinedasthe

4、functionmodulesandsystematicconstructionanddesignwasproposed.Threetypesandfiverocketswereintroduced.Thebasictheorywasanalyzedandtheindependenceofthetheorywasstudied.Mathematicalmodelswerebuiltandinferencesweregiven,basedonwhichsystematicandmodulardesigngeneralprocessesweredemonstrated.Then

5、thestructureofthespectrumenginewasinvestigatedsothatthecouplingmodelwasobtained.Thisfacilitatestheacquisitionoftheenginespecification.Finally,theestablishmentofasoundingrockettrajectory,aerodynamiccalculationmodelwasdefined.Forrocket-I,theaerodynamicshapeandenginewereoptimizedandthefeasibi

6、litywasvalidated.For2-stagerocketand3-stagerocket,aerodynamicoptimizationwasperformed.Dimensionlessmodelwasacquiredandprocessedon3-stagerocketand4-stagerocketfortheaerodynamicdesign.第126页Eventuallythesystematicrocketspectrum,includingthetrajectorygraphandaerodynamicpropertiesdiagram,consis

7、tsoffivetypeswith1-stage,2-stage,3-stageand4-stage,whichcancover0~1500kmheighttask.Thespectrumiscapableofwideextent,highmodularizationandlowexpense.Thispaperestablishedthemethodandprocesstoefficientlydesignandoptimizeoverallplanningandparametersinconceptiondes