火箭车水平助飞方案仿真及分析
                                    韩远馨1，聂〓宏1,2，魏小辉1,2，尹乔之1
                         (1.南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏 南京  210016)
                           (2.南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏 南京 210016)
    地面辅助起飞是大起降质量差飞行器的重要起飞方式之一。地面辅助起飞系统起飞过程工况复杂，对飞行器的俯仰角响应提出了更高的要求，传统研究通常采用数值计算的方法，计算量大，过程繁琐，结果不直观。针对以上问题，以大型飞行器“霍托尔”为背景，采用分段式建模的方法建立地面辅助起飞系统的动力学模型，运用LMS Virtual.Lab Motion和MATLAB/Simulink进行联合仿真，并设计了控制俯仰角的PID回路。仿真结果表明，采用该方法得到的动力学模型合理，俯仰角控制系统能对俯仰角实现有效控制，起飞系统工作过程稳定。

    携带大比例质量燃油起飞的水平起降、可重复使用飞行器是未来飞行器发展的一个重要方向。飞机“霍托尔”是一种完全重复使用、水平起降、单级入轨的未来理想的空间运载工具,其起飞质量约为230t，是着陆质量的5倍左右，由于采用了火箭车进行辅助起飞，可以使用着陆质量取代起飞质量对起落架进行设计，单起落架质量一项就减少5t左右。起落架质量减轻，同时动力装置、燃料和其他结构质量都可减轻。据计算，起飞质量因此可降低70t［1-2］。国内外关于用火箭车进行辅助起飞的研究都处于初级阶段。裴锦华等［3］分析了影响大型无人机火箭助推器发射的几个重要参数;刘宇等［4］通过动静法计算分析得出飞行器成功分离所需具备的基本条件;施志佳等［5］建立了车载飞行器发射动力学方程;吕永银等［6］针对无人机俯仰角回路和速度回路进行了比例-积分-微分（PID）控制设计。但上述研究都是基于数值计算分析，并没有对辅助起飞系统进行动力学仿真，研究其起飞性能。
本文在上述数值计算分析的基础上，采用了分段仿真的方法将起飞系统的虚拟样机和控制系统相结合，通过联合仿真为辅助起飞系统中参数的调节提供依据，研究辅助起飞系统的起飞性能。

1起飞系统分析
1.1工作过程火箭车发射过程主要由加速阶段、分离阶段、自主爬升阶段组成，如图1所示。

〖TP00701.TIF，+35mm〗〖HT5”K〗〖JZ〗图1〓起飞流程图
    加速阶段（AB段）：飞行器以一定的安装角架设在火箭车上，火箭车发动机与飞行器发动机同时启动，飞行器和火箭车组成的起飞系统做加速直线运动。
   分离阶段（BC段）：当起飞系统共同加速至“霍托尔”的额定起飞速度100m/s时，调整火箭车推力，飞行器通过控制系统调整升降舵偏角，使其俯仰角按照一定规律增大，飞行器前、后支撑点先后与火箭车分离。
自主爬升阶段（CD段）：控制系统对俯仰角继续进行调节，飞行器持续加速依靠升力爬升，火箭车关闭发动机减速滑行。


作者简介：韩远馨（1991—），女，江苏南京人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为飞行器起落装置设计技术。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）