中國民營火箭新跨越 實現高超音速級間分離

中國民營火箭企業零壹空間宣布,已順利完成某客戶委託的臨近空間高超音速級間分離技術研究任務,解決了大氣層內高超音速安全、可靠分離的技術問題,保障某型高超音速飛行器在指定窗口順利完成一子級分離。級間分離,是運載火箭、導彈設計中經常遇到的技術問題,而高超音速飛行器的級間分離,由於高動壓導致的嚴重氣動干擾作用,級間分離及穩定控制問題變得非常突出,成為制約高超音速飛行器飛行任務成敗的關鍵一環。

中國民營火箭新跨越 實現高超音速級間分離
級間分離過程仿真畫面

對於高超音速飛行器,完成級間分離不僅要求助推器級與上面級能夠順利分開,且相互無碰撞,同時要求分離過程中相互作用力和分離後氣動干擾不能對上面級產生過大幹擾而發生失穩,因而分離過程中對姿態控制、氣動干擾的預測,以及分離時序設計與控制等有很高要求。

因此,以分離設計、分離仿真為代表的分離技術是高超音速飛行器的重要設計技術。

零壹空間在研究過程中,通過多學科優化設計、重疊網格等先進技術,並基於多款已完成飛試型號的成熟設計經驗,開展了大量的方案論證、迭代設計、關鍵技術攻關,以及分離過程高精度模擬仿真。

研究過程中始終堅持技術可靠實用,理論設計與數值仿真驗證相結合的原則,不斷解決分離方案實用化過程中出現的各種問題。

中國民營火箭新跨越 實現高超音速級間分離

級間分離重疊網格

為保證某型火箭在指定窗口順利完成任務載荷釋放,零壹空間研究團隊從以下幾個子目標入手,完成分離方案的設計。

- 通過多學科優化技術,確定最優總體布局與氣動外形;

- 通過氣動計算與分析、彈道與動力系統迭代設計,確定各系統基本方案;

- 詳細設計分離系統方案,計算分離氣動干擾,優化分離結構與分離時序,選擇分離火工品等;

- 通過重疊網格技術進行分離運動仿真,驗證分離方案的可靠性。

零壹空間的級間分離方案採用成熟的分離螺栓+彈簧完成任務載荷與助推級分離,任務載荷末端與級間段通過分離螺栓連接;在指定的分離窗口,級間分離螺栓解鎖,彈簧套筒克服軸向氣動力,將任務載荷彈出一定距離,之後在氣動力作用下,任務載荷與助推級完成級間分離。

本次分離方案繼承了零壹空間已有的成熟分離技術,技術方案合理可行、風險可控、可靠性高,達到飛行試驗目的與產品技術指標。

中國民營火箭新跨越 實現高超音速級間分離

級間分離過程示意圖

來源:cnBeta