基于Modelica语言的运载火箭级间分离可靠性研究

摘要

为了提高发射能力和性能，几乎所有现役运载火箭都包含两个或更多子级.在发射过程中，通过分离和抛弃已经燃尽推进剂的子级而逐渐减轻运载火箭重量，对于保证运载火箭的安全性并确保成功发射起着至关重要的作用.火箭部件在制造、安装过程中难以避免地存在一定偏差，这些偏差可能致使运载火箭未能按照预定的计划执行分离动作，进而直接影响分离体的姿态稳定性，甚至可能导致任务失败.文章介绍了运载火箭级间分离原理和动力学方程，基于Modelica语言建立了考虑参数偏差的运载火箭一、二子级模型，作用力模型，爆炸螺栓模型，分离间隙模型和初始状态模型，并通过搭积木和连线的方式搭建了运载火箭级间分离系统Modelica模型；通过与Adams模型对比仿真结果，验证了模型的正确性；由于火箭制造偏差、载荷偏差满足一定的概率分布规律，如均匀分布、正态分布和威布尔分布，使用蒙特卡洛打靶法对考虑这些偏差的运载火箭级间分离过程的可靠性进行了仿真计算分析，指出该方法能够识别出级间分离的恶劣工况，可为设计人员提供极限状态下的最小分离间隙，从而优化分离系统的设计裕度.

关键词

级间分离 / 可靠性 / 分离间隙 / Modelica语言 / 蒙特卡洛打靶法