六十五载再出发 扬帆起航续华章

运载火箭与航天器界面载荷设计优化方法

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何巍,曾耀祥,刘晖

作者简介

何巍(1979-)，男，研究员，主要从事运载火箭总体设计方面的研究。

本文引用格式

何巍, 曾耀祥, 刘晖.运载火箭与航天器界面载荷设计优化方法[J]. 宇航学报, 2023, 44(3): 368-378.

HE Wei, ZENG Yaoxiang, LIU Hui.Optimization Method of Load Design on the Interface of Launch Vehicle and Spacecraft[J].Journal of Astronautics, 2023, 44(3): 368-378.

DOI:10.3873/j.issn.1000-1328.2023.03.006

运载火箭在跨声速飞行时，受到脉动压力等外激励影响，火箭及搭载的航天器会产生明显的动态加速度和内力响应。动态内力是航天器主体结构、火箭适配器、器箭连接装置等航天器内分支结构设计的重要输入条件，而准确合理地给出动态内力设计值能有效降低非必要结构重量、有效提升有效载荷质量，对提升器箭结构效率和整体设计性能有着十分重要的意义。

国内外火箭用户手册中以航天器质心等效加速度的形式规定器箭界面载荷条件，根据航天器质量、质心高度以及质心加速度位置则可计算得到界面力及界面力矩。目前大多数火箭用户手册中，该条件对于任意航天器均取相同值，根据动力学理论，航天器质量、质心及基频等质量与频率特性必然会对动态内力响应产生影响，而当前的载荷设计条件未考虑航天器特性的影响。近些年，部分火箭的用户手册开始依据不同的航天器参数区间给出界面载荷条件。由于动态内力随自身特性参数变化规律的复杂性，需要开展深入研究。

本文基于分支梁动力学理论，构建了器箭组合体的简化模型，对横向激励作用下的横向质心等效加速度进行了理论分析，基于理论解析式，辨识了主要影响因素，并研究了横向质心等效加速度与航天器质量、质心高度以及基频等因素的相关性以及变化规律。同时，采用耦合分析方法，系统获取了跨声速阶段不同航天器参数组合下的横向质心等效加速度，结合理论分析规律，对横向质心等效加速度分布开展进一步分类统计分析，提出了一种可行的器箭界面动态内力精细化设计思路及方法。

质心等效加速度分布及精细化设计(1.0 m≤h<2.0 m)

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来源/宇航学报编辑部