(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111437114.9 (22)申请日 2021.11.29 (71)申请人 北京天兵科技有限公司 地址 100076 北京市丰台区和义文化产业 园A座西南门4层 (72)发明人 郭凤明　刘兴隆　徐应洲　刘信好　 王实　朱正辉　于婷婷　 (74)专利代理 机构 北京中创云知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11837 代理人 徐辉 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级间分 离仿真分析方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于蒙特卡洛打靶的运载 火箭级间分离仿真分析方法， 包括： 建立运载火 箭一级和二级分离的三维刚体模 型； 设置刚体模 型各个参数的额定值及上下偏 差； 识别分离过程 中存在碰撞可能性的危险点； 对每个危险点及对 应的碰撞区域分别构建坐标系； 基于各个参数的 额定值计算额定分离速度； 根据各个参数的上下 偏差以及额定分离速度， 进行蒙特卡洛打靶， 计 算各个参数取上下边界值的状态进行组合； 分别 计算各个组合状态下的最小测量变量； 判断各个 组合状态下的最小测量变量是否满足分离期望 值， 如果均满足则完成参数额定值及上下偏差设 置， 否则进行修改。 该方法减少了设计人员人为 判断发生遗漏的可能。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 114201861 A 2022.03.18 CN 114201861 A 1.一种基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级间分离 仿真分析方法， 其特 征在于， 包括： (1)建立运载火箭 一级和二级分离的三维刚体模型； (2)设置刚体模型 各个参数的额定值及上 下偏差； (3)识别分离过程中存在碰撞可能性的危险点； 对每个危险点及对应的碰撞区域分别 构建坐标系， 以两个坐标系的间距为测量变量， 表征危险点及对应的碰撞区域之间的间距； (4)基于各个参数的额定值计算 额定分离 速度； (5)根据各个参数的上下偏差以及额定分离速度， 进行蒙特卡洛打靶， 计算各个参数取 上下边界值的状态进行组合； 分别计算各个组合状态下的最小测量变量； (6)判断各个组合状态下的最小测量变量是否满足分离期望值， 如果均满足则完成参 数额定值及上下偏 差设置， 否则返回步骤(2)， 对不满足分离期 望值时对应组合的参数额定 值或上下偏差进行修改。 2.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级间分离仿真分析方法， 其特 征在于， 三维刚体模型采用ADAMS软件构建， 或者采用其 他软件建模后导入ADAMS软件。 3.根据权利要求1或2所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级 间分离仿真分析方法， 其 特征在于， 所述 参数包括质量、 转动惯量、 速度、 角速度以及角加速度。 4.根据权利要求1或2所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级 间分离仿真分析方法， 其 特征在于， 采用ADAMS软件进行蒙特卡洛打靶， 计算各个参数取上下边界值的状态进行组 合； 分别计算各个组合状态下的最小测量变量。 5.根据权利要求1或2所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级 间分离仿真分析方法， 其 特征在于， 两个坐标系的间距为正表明未发生碰撞， 为0表明处于临界状态， 为负表明发生 碰撞。 6.根据权利要求1或2所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级 间分离仿真分析方法， 其 特征在于， 如果通过修改参数额定值或上下偏差仍然 无法使得各个组合状态下的最小测量 变量满足分离期望值， 则修改分离结构。 7.根据权利要求6所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级间分离仿真分析方法， 其特 征在于， 修改分离结构包括： 提高分离速度、 改进反推火箭的推力、 增加反推火箭个数、 减小 参数偏差范围、 改进危险间隙处结构、 延长发动机后效消 耗时间以及提高分离能源偏差精 度。 8.根据权利要求1或2所述的基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级 间分离仿真分析方法， 其 特征在于， 分离期望值 不小于10 0mm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114201861 A 2一种基于蒙特卡洛打靶 的运载火箭级间分离仿真分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及多级运载火箭技术领域， 尤其涉及一种基于蒙特卡洛打靶的运载火箭 级间分离 仿真分析方法。 背景技术 [0002]运载火箭级间分离按照分离能源分类有冷分离、 热分离两种， 按照分离过程可以 分为一次分离和二次分离。 冷分离的分离能源有固体小火箭、 分离弹簧、 冷气推杆等； 热分 离的分离能源主要为前分离体的发动机喷流， 喷流作用在后分离体上， 产生分离力， 在分离 力作用下， 后分离体与前分离体之间产生位移， 实现级间分离。 冷分离方案中， 推迟了前分 离体的发动机点火时间， 增加了 火箭飞行过程中的重力影响， 对运载能力产生损失。 热分离 主要应用在固体运载火箭上(早期液体运载火箭也有采用热分离方式)， 但热分离方式的设 计难度大， 地 面试验验证系统复杂。 [0003]因为级间分离失败意味着型号首飞失败， 因此运载火箭研制过程中基本都会开展 级间分离试验， 由于工期紧张， 地面分离试验也基本要求一次成功， 这样就需要在方案 设计 阶段开展分离设计及分离仿真计算。 传统分离仿真计算是基于刚体动力学， 提取出影响分 离安全的参数， 并设计偏差， 逐项手动组合偏差。 人工偏差组合有人为判断因素， 不仅准确 率低， 而且效率还不高。 在计算机运算能力高速发展后， 利用计算机和仿真程序， 快速准确 仿真出分离过程及分离安全性， 对于型号研发进 展和技术团队能力提升具有重要意 义。 [0004]现有级间分离仿真方案， 主要是利用刚体动力学仿真软件， 设计前分离体和后分 离体刚体模型， 通过质量、 质心位置、 运动和转动速度、 分离力等参数， 并手动调整参数偏 差， 开展分离安全性分析。 [0005]由于人工设置分离参数偏差， 计算效率低， 计算准确率差， 参数对分离安全性的影 响敏感度需要人工判断， 影响方案选择和方案设计的效率， 进而影响总体设计团队的迭代 周期， 增加了方案阶段的时间成本和人工成本 。 发明内容 [0006]针对现有技术存在的问题， 本发明提供一种基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级间分 离仿真分析方法， 能够减少摘选参数对于分离安全性敏感程度的过程， 统一把各项分离参 数及偏差均建立在动力学仿真模型中， 利用计算机开展任意组合式动力学仿真计算， 在分 析结果中， 可直接提取所有工况计算结果， 并对结果进 行对比， 得到 分离过程安全性计算结 果。 采用本发明的仿 真方法， 计算工况完整、 仿 真前处理工作大量简化， 计算结果准确度高， 程序集成化高， 人工成本低， 研制周期短。 [0007]为达到上述目的， 本发明提供了一种基于蒙特卡洛打靶的运载火箭级间分离仿真 分析方法， 包括： [0008](1)建立运载火箭 一级和二级分离的三维刚体模型； [0009](2)设置刚体模型 各个参数的额定值及上 下偏差；说　明　书 1/5 页 3 CN 114201861 A 3