本發(fā)明涉及航天器分離系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與飛行器構(gòu)型布局設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著航天器技術(shù)的發(fā)展，有些為了完成復(fù)雜任務(wù)的航天器需要由多個(gè)艙段或者多個(gè)飛行器組成。當(dāng)一個(gè)組成體需要完成特定任務(wù)或者任務(wù)完成需要拋棄時(shí)就需要進(jìn)行分離。

目前航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)主要采用經(jīng)驗(yàn)法。一般以主動(dòng)分離體的外包絡(luò)為基準(zhǔn)，向外擴(kuò)一個(gè)給定的距離x，形成一個(gè)安全分離包絡(luò)；構(gòu)型布局設(shè)計(jì)師以該安全分離包絡(luò)為界限，進(jìn)行構(gòu)型布局設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行分離動(dòng)力學(xué)仿真分析，確認(rèn)航天器間分離時(shí)是否發(fā)生碰撞，如果分析結(jié)果為某處發(fā)生碰撞或者動(dòng)態(tài)間距較小無(wú)法接受，則將該處局部的x值調(diào)大，形成新的安全分離包絡(luò)，并進(jìn)行構(gòu)型布局的迭代設(shè)計(jì)；針對(duì)新的構(gòu)型布局再進(jìn)行分離動(dòng)力學(xué)仿真分析，確認(rèn)航天器間分離時(shí)是否發(fā)生碰撞。如此往復(fù)，直至兩分離體上所有設(shè)備、結(jié)構(gòu)部件經(jīng)仿真分析都不發(fā)生碰撞，才形成正式的分離安全包絡(luò)?，F(xiàn)有的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，每次構(gòu)型布局調(diào)整都要重新建立仿真動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行分離動(dòng)力學(xué)仿真分析，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，在安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)之初就考慮了分離動(dòng)態(tài)過(guò)程影響，可快速給出航天器間的安全分離包絡(luò)。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：1)選取兩分離體中構(gòu)型布局相對(duì)變化較少者為安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)體；2)以基準(zhǔn)體的外輪廓包絡(luò)為基準(zhǔn)，給定最小動(dòng)態(tài)安全距離，由基準(zhǔn)向外擴(kuò)最小動(dòng)態(tài)安全距離形成分離包絡(luò)；3)搜索分離包絡(luò)上的所有突出點(diǎn)，對(duì)每個(gè)突出點(diǎn)，以該突出點(diǎn)為起點(diǎn)，做與基準(zhǔn)體分離運(yùn)動(dòng)方向夾角為α的射線(xiàn)；4)若所有射線(xiàn)均落在分離包絡(luò)以?xún)?nèi)，則該分離包絡(luò)即是安全分離包絡(luò)；若有射線(xiàn)落在分離包絡(luò)之外，則以落在分離包絡(luò)之外且能?chē)∑渌渚€(xiàn)的射線(xiàn)及分離包絡(luò)圍成的圖形為安全分離包絡(luò)。

上述航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其中，所述步驟3)中，α≥14°。

上述航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其中，所述突出點(diǎn)包含分離包絡(luò)的起始點(diǎn)。

上述航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其中，最小動(dòng)態(tài)安全距離根據(jù)任務(wù)由經(jīng)驗(yàn)確定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

本發(fā)明的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)之初就考慮了分離動(dòng)態(tài)過(guò)程影響，可靠性極高，只要非基準(zhǔn)體的外輪廓包絡(luò)不侵入安全分離包絡(luò)，則兩分離(基準(zhǔn)體和非基準(zhǔn)體)就不會(huì)發(fā)生碰撞，無(wú)需分離動(dòng)力學(xué)仿真分析，省時(shí)省力；本發(fā)明的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，適用于航天器方案、初樣研制階段快速進(jìn)行航天器分離系統(tǒng)與總體構(gòu)型布局的迭代設(shè)計(jì)，減少不必要的分離動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法由以下的實(shí)施例及附圖給出。

圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例一的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法示意圖。

圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例二的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合圖1～圖2對(duì)本發(fā)明的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

1)選取兩分離體中構(gòu)型布局相對(duì)變化較少者為安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)體；

2)以基準(zhǔn)體的外輪廓包絡(luò)為基準(zhǔn)，給定最小動(dòng)態(tài)安全距離，由基準(zhǔn)(即基準(zhǔn)體的外輪廓包絡(luò))向外擴(kuò)最小動(dòng)態(tài)安全距離形成分離包絡(luò)；

最小動(dòng)態(tài)安全距離根據(jù)任務(wù)由經(jīng)驗(yàn)確定；

3)搜索分離包絡(luò)上的所有突出點(diǎn)，對(duì)每個(gè)突出點(diǎn)，以該突出點(diǎn)為起點(diǎn)，做與基準(zhǔn)體分離運(yùn)動(dòng)方向夾角為α的射線(xiàn)；

所述突出點(diǎn)包含分離包絡(luò)的起始點(diǎn)；

α與任務(wù)允許的分離速度和分離姿態(tài)角速度有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，例如，取α≥14°；

4)若所有射線(xiàn)均落在分離包絡(luò)以?xún)?nèi)，則該分離包絡(luò)即是安全分離包絡(luò)；若有射線(xiàn)落在分離包絡(luò)之外，則以落在分離包絡(luò)之外且能?chē)∑渌渚€(xiàn)的射線(xiàn)及分離包絡(luò)圍成的圖形為安全分離包絡(luò)。

按本方法設(shè)計(jì)的安全分離包絡(luò)即是最終確定的安全分離包絡(luò)，由于該安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)之初就考慮了分離動(dòng)態(tài)過(guò)程影響，可靠性極高，無(wú)需進(jìn)行分離動(dòng)力學(xué)仿真分析，即可保證非故障工況下航天器間安全分離。

兩個(gè)航天器間或者一個(gè)航天器的本體與其可分離艙段/結(jié)構(gòu)間的安全分離包絡(luò)均可采用本方法。

現(xiàn)以具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法。

例1：

圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例一的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法示意圖。

1)假定航天器a為主動(dòng)分離體，航天器b為被動(dòng)分離體，航天器a用于連接航天器b的艙段構(gòu)型布局基本確定，選擇航天器a為基準(zhǔn)體；

2)以航天器a的外輪廓包絡(luò)為基準(zhǔn)，給定最小動(dòng)態(tài)安全距離dx，由基準(zhǔn)向外擴(kuò)最小動(dòng)態(tài)安全距離dx形成分離包絡(luò)bl1，如圖1中(a)所示；

3)搜索分離包絡(luò)bl1上的所有突出點(diǎn)(包含分離包絡(luò)bl1的起始點(diǎn))，經(jīng)搜索，所述突出點(diǎn)有a、b、c、d、e、f六個(gè)，如圖1中(b)所示；分別以a、b、c、d、e、f為起點(diǎn)，做與航天器a分離運(yùn)動(dòng)方向夾角為α的射線(xiàn)，如圖1中(c)所示；

本實(shí)施例中，圖1中(c)中的箭頭方向即為航天器a分離運(yùn)動(dòng)方向；α取14°；

4)如圖1中(c)所示，以b、c、d、f為起點(diǎn)的射線(xiàn)均落在分離包絡(luò)bl1之外，且以b和f為起點(diǎn)的射線(xiàn)能?chē)∑渌渚€(xiàn)，則以b和f為起點(diǎn)的射線(xiàn)及分離包絡(luò)bl1圍成的圖形為安全分離包絡(luò)bl，如圖1中(d)所示。

航天器b的外輪廓包絡(luò)只要不侵入本發(fā)明設(shè)計(jì)的安全分離包絡(luò)bl，則航天器a與航天器b分離不會(huì)發(fā)生碰撞。

參見(jiàn)圖1中(d)，本實(shí)施例中，航天器b的突出物2已經(jīng)進(jìn)入安全分離包絡(luò)bl，需要對(duì)航天器b的突出物2的構(gòu)型布局作調(diào)整(即進(jìn)行構(gòu)型布局的迭代設(shè)計(jì))。調(diào)整構(gòu)型布局后，只要航天器b的外輪廓包絡(luò)不進(jìn)入該安全分離包絡(luò)bl，航天器a與航天器b分離就不會(huì)發(fā)生碰撞，而無(wú)需通過(guò)分離動(dòng)力學(xué)仿真分析來(lái)驗(yàn)證判斷，省時(shí)省力。需要指出的是，本方法是方案論證和初樣設(shè)計(jì)時(shí)安全分離包絡(luò)的快速設(shè)計(jì)方法，考慮了分離動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響，對(duì)大多數(shù)航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)適用。如果航天器b的突出物2因任務(wù)需要不易調(diào)整，則需建立動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行分離動(dòng)力學(xué)仿真分析，確定是否發(fā)生碰撞影響安全。

例2：

圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例二的航天器間安全分離包絡(luò)設(shè)計(jì)方法示意圖

1)假定航天器a為主動(dòng)分離體，航天器b為被動(dòng)分離體，航天器b構(gòu)型布局基本確定，而航天器a用于連接航天器b的艙段尚在初步設(shè)計(jì)中，選擇航天器b為基準(zhǔn)體；

2)以航天器b的外輪廓包絡(luò)為基準(zhǔn)，給定最小動(dòng)態(tài)安全距離dx，由基準(zhǔn)向外擴(kuò)最小動(dòng)態(tài)安全距離dx形成分離包絡(luò)bl2，如圖2中(a)所示；

3)搜索分離包絡(luò)bl2上的所有突出點(diǎn)(包含分離包絡(luò)bl2的起始點(diǎn))，經(jīng)搜索，所述突出點(diǎn)有a′、b′兩個(gè)，如圖2中(b)所示；分別以a′、b′為起點(diǎn)，做與航天器b分離運(yùn)動(dòng)方向夾角為α的射線(xiàn)，如圖2中(c)所示；

本實(shí)施例中，圖2中(c)中的箭頭方向即為航天器b分離運(yùn)動(dòng)方向；α取14°；

4)如圖2中(c)所示，以a′、b′為起點(diǎn)的射線(xiàn)均落在分離包絡(luò)bl2之外，則以a′和b′為起點(diǎn)的射線(xiàn)及分離包絡(luò)bl2圍成的圖形為安全分離包絡(luò)bl′，如圖2中(d)所示。

參見(jiàn)圖2中(d)，本實(shí)施例中，航天器a的突出物2′已經(jīng)進(jìn)入安全分離包絡(luò)bl′，需要對(duì)航天器a的突出物2′的構(gòu)型布局作調(diào)整。

盡管上文對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)本方法中涉及的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行改變和修改，其所產(chǎn)生的作用仍未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。