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摘要：运载火箭在飞行历程中的运动和受力是非常复杂的。传统的运载火箭设计方式是一种串行方式,即把设计结果依次展开。这种设计方式实质上是将同时影响运载火箭的质量、质心、气动力、推力、飞行轨迹等诸因为地割裂开来,无法合理利用空气动力、地球引力、飞行轨迹等各个子学科之间的相互作用可产生的协同效应,导致最终结果失去火箭系统的整体最优化结果,导致设计周期加长,开发成本增加。采取运动学和动力学仿真技术可以降低研制的成本,加速设计的进度。本论文基于多体动力学软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanic System)平台,运用ADAMS二次开发功能,利用Fortran语言编写仿真流程制约子程序、重力子程序、气动力制约力子程序,实现火箭飞行历程中的质量变化、质心变化,搭建了火箭飞行仿真平台,实现了火箭飞行历程的动力学建模和仿真。本论文的探讨工作和成果主要包括以下几个方面：(1)对火箭飞行历程的运动和受力进行了全面系统的浅析；(2)通过仿真流程制约子程序CONSUB实现了火箭飞行历程中的质量变化、质心变化。(3)忽略火箭的振动和内部结构的相互影响,建立火箭的三维模型,利用重力子程序VFOSUB、推力子程序OSUB、制约力子程序GFOSUB及气动力函数建立火箭飞行的动力学模型。该模型考虑了火箭飞行历程各种载荷包括地球引力,气动力、推力、制约力,搭建火箭飞行的一体化仿真平台。(4)实现了火箭在飞行时序条件下的初始阶段的飞行仿真。(5)浅析了火箭飞行历程中位置、速度、加速度和火箭各子结构相互间的作用力,浅析了级间力在火箭飞行历程中的变化规律。本论文基于对火箭的飞行历程的运动学和动力学仿真及浅析,开创性的利用多体动力学软件ADAMS实现了火箭飞行历程变质量、变质心的描述,建立了包括重力、气动力、制约力和推力等多因素多学科场量的火箭飞行历程一体化仿真平台。为火箭研制开发中涉及到的各个学科的科研人员提供了一个共享平台,节约了开发时间。关键词：多体动力学论文火箭论文ADAMS论文二次开发论文一体化论文
致谢5-6
中文摘要6-7
ABSTRACT7-11
1 引言11-23
1.1 探讨背景与作用11-19
1.1.1 运载火箭的特点11-12
1.1.2 运载火箭的组成和分类12-13
1.1.3 多体动力学论述及虚拟样机介绍13-18
1.1.4 探讨作用18-19
1.2 运载火箭设计研制的近况和进展走势19-21
1.3 探讨的目的与内容21-23
2 运载火箭飞行历程运动和受力浅析23-41
2.1 常用坐标系的定义和转换联系23-28
2.1.1 常用坐标系23-26
2.1.2 坐标系变换26-28
2.2 地球引力28-31
2.3 气动力31-33
2.4 推力、制约力和制约力矩33-37
2.4.1 火箭发动机推力计算33-36
2.4.2 制约力和制约力矩36-37
2.5 运载火箭的矢量运动方程37-39
2.6 小结39-41
3 运载火箭飞行仿真案例及仿真平台搭建41-57
3.1 运载火箭飞行仿真案例41-42
3.2 火箭质量、质心变化的实现形式42-44
3.3 三维模型的建立44-45
3.4 动力学模型的建立45-47
3.5 火箭飞行仿真ADAMS界面及对话框开发47-48
3.6 变质量、变质心和制约力子程序开发48-56
3.6.1 子程序的编制49-54
3.6.2 子程序的编译链接历程54-56
3.7 小结56-57
4 火箭飞行历程仿真平台校验及算例57-67
4.1 仿真模型57-58
4.2 仿真平台质量变化和气动力计算校验58-60
4.3 仿真算例60-66
4.4 小结66-67
5 结论和展望67-69
5.1 结论67-68
5.2 展望68-69