[发明专利]一种运载火箭末级再入预报方法

说明书

本发明提供了一种运载火箭末级再入预报方法：获取运载火箭末级再入大气层前的运动参数；实例化通用运载火箭末级参数化模型，并设置通用运载火箭末级参数化模型中每个组件物理特性参数，之后，在每个计算周期重复执行如下步骤直到运载火箭末级到达地球表面或者运载火箭末级任一组件平均表面温度到达熔点：依据实例化通用运载火箭末级参数化模型，根据运载火箭末级的高度、飞行速度，计算运载火箭末级所受的气动力、气动热；根据运载火箭末级所受到的气动力，更新运载火箭末级飞行速度，根据运载火箭末级所受到的气动热，以及运载火箭末级每个组件物理特性参数，更新运载火箭末级每个组件平均表面温度；更新运载火箭末级的位置。

技术领域

本发明涉及一种运载火箭末级再入预报方法，实现了废弃运载火箭末级的再入预报分析，属于运载火箭技术领域。

背景技术

运载火箭末级类空间目标无控制再入大气可能会对地面产生很大威胁，开展运载火箭末级再入预报技术研究，形成快速估算方法，对于防范运载火箭末级再入风险具有重要的应用价值。

运载火箭末级类空间目标无控制再入预报的基本原理与载人飞船、再入弹头、航天飞机等飞行器再入大气的弹道计算原理基本相同，其模型基础是飞行器的运动方程。目前运动方程的数学表达形式已经非常完美，但是由于运载火箭末级在再入过程中的固有特点，如无控制、姿态不稳定、极高面质比和质量分布不均匀等，人们对于运载火箭末级再入过程物理机制缺乏精密的理解，数学模型及其参数存在较大误差，方程也不能用严格的解析法求解，针对运载火箭末级的精密再入预报仍是一项艰巨的挑战。对于预计运载火箭末级的撞击时间和地点而言，尤其如此。

为了估计运载火箭末级类复杂外形物体再入预报所必需的气动参数，传统方法需要对运载火箭末级所在的流场区域进行三维建模，然后进行三维网格剖分，基于剖分的网格应用流体力学方程进行流场计算，最后根据运载火箭末级表面区域网格的压强值积分计算得到它的气动参数。一次计算所耗费的时间和计算机资源都十分可观。而运载火箭末级以几十倍声速的速度再入大气，在到达地球表面的减速飞行过程中，需要跨越自由分子流、过渡流和连续流状态，经历高超声速、超声速和亚声速等不同的速度范围。这样的计算方法难以保证再入预报所需要的快速的计算速度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种运载火箭末级再入预报方法，实现了运载火箭末级再入气动参数的快速估算，进一步获得运载火箭再入轨迹的快速计算，满足运载火箭末级再入预报的需求。

本发明的技术解决方案是：一种运载火箭末级再入预报方法，该方法包括如下步骤：

(1)、获取运载火箭末级再入大气层前的运动参数，包括：运载火箭末级在再入点的位置、飞行速度、平均表面温度；

(2)、根据实际的运载火箭末级形状构造，实例化通用运载火箭末级参数化模型，并设置通用运载火箭末级参数化模型中每个组件物理特性参数，所述物理特性参数包括：组件的材料、材料密度、比热、熔点、平均表面温度；

之后，在每个计算周期执行如下步骤：

(3)、依据实例化通用运载火箭末级参数化模型，根据运载火箭末级的高度、飞行速度，计算运载火箭末级所受的气动力、气动热；

(4)、根据运载火箭末级所受到的气动力，更新运载火箭末级飞行速度，根据运载火箭末级所受到的气动热，以及运载火箭末级每个组件的物理特性参数，更新运载火箭末级每个组件平均表面温度；

(5)、根据运载火箭末级的飞行速度和前一个计算周期运载火箭末级的位置，更新运载火箭末级的位置；

(6)、重复进行步骤(3)～(5)，直到运载火箭末级到达地球表面或者运载火箭末级任意一个组件平均表面温度到达熔点。

所述步骤(3)包括如下步骤：