高超声速飞行器多子分离建模仿真与分析

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1、第28卷第11期计算机仿真2011年11月文章编号：1006—9348(2011)11一0036一05__．】‘t-．-t同超声速飞行器多子分离建模仿真与分析张宛，郭建国，林鹏，周军(西北T业大学精确制导与控制研究所，陕西西安7100r72)摘要：研究高超声速飞行器安全分离发射条件的确定是分离问题。腹抛多子分离过程，是根据矢量力学理论对子母分离体耦合运动进行12自由度多刚体动力学建模，得到描述分离过程的准确数学模型。以某高超声速多子分离再入飞行器为例，对分离进行全过程仿真，结果验证了提出的分离方法的正确性。仿真结果得到了分离高度对安全分离条件范围的影响，

2、为高超声速多子分离发射过程的研究提供r参考和依据。关键词：多子分离发射；安全分离条件；高超声速飞行器中图分类号：V411．8文献标识码：ASimulationandModelingAnalysesofHypersonicMulti-sub-vehicleAbdominalSeparationZHANGWan，GUOJian-guo，LINPeng，ZHOUJun(InstituteofPrecisionGuidanceAndControl，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’anShanxi710072，Chin

3、a)ABSTRACT：Thesecurityseparationconditionisoneoftheseparationdifficulties．Ahypersonicmulti-sub-vehicleabdominalseparationmethodwasputforwardforhypersonicvehicleseparationinthispaper．The12一freedommulti-rigid-bodymodelofseparationsystemwerebuiltbasedonvectormechanics．Thentheaccurat

4、eexpressionswereob-mined．Theseparationmethodwasverifiedbytakingahypersonicreentryvehicleassimulationexample．Thesimula-tionresultsofthewholeprocedureverifiedtheseparationmode．Atlast，theinfluencesofaltitudeonseparationsys·ternswereobtained．Themodelingmethodandthesimulationresultspr

5、ovidereferenceinfurtherreseRrchonhyper-sonicvehicleseparation．KEYWORDS：Multi-sub-vehicleseparation；Securityseparationcondition；Hypersonicvehiclel引言高超声速激波产生的复杂气动特性，较强粘性效应和高温效应，子母体的气动干绕等特点使高超声速分离发射问题成为高超声速飞行器需要解决的一类重要问题。其中分离发射条件确定是飞行器分离中需要解决的难点。分离发射条件指子分离体的发射速度和发射姿态角等。高超声速飞行器为了减小阻力

6、和气动烧蚀将子分离体由外挂式转为内埋式。同时为了提高载机生存能力，多子分离系统成为发展趋势。所以高超声速内埋多子飞行器分离发射条件的确定成为高超声速分离发射的难点之一。目前国外对超声速条件下飞行器投放武器进行了大量的研究，国内对超声速子母分离体干扰流场特性⋯、分离发射的关键技术¨1和尾退式分离方式p1进行了一些研究。由于腹抛式高超声速多子分离发射系统、气动流场变化基金项目：西北T业大学基础研究基金(JC201024)收稿日期：2010—11—07修四日期：2010-12—15—36一与模型表征方式复杂，目前对此方式飞行器分离过程的发射条件研究较少。本文基

7、于矢量力学理论，对子母弹耦合运动进行12自由度多刚体动力学建模，得到描述分离过程的准确数学模型，在准备段选取分离体系统瞬时质心为参考点，从而简化了分离过程的数学模型。根据模型理论推导出准备段向发射段转换公式，据此确定了发射段的初始条件。通过对不同高度的各子分离体安全分离发射条件进行仿真计算，得到不同高度子分离体安全发射的条件范围和高度对安全分离条件的影响规律。采用的建模和仿真方法为高超声速多子分离发射深入研究提供了参考。2分离过程数学建模2．1分离过程划分腹抛多子分离方式中每个子分离体分离过程包括两个阶段：分离准备阶段和发射阶段。现以四个子分离体为例介绍

8、分离过程。四个子分离体呈十字形均匀安装在母体内部。最低端的子分离体编号为I，顺时