● 摘要
运载火箭采用多级结构设计的目的是为了突破单级火箭速度极限，提高火箭的运载能力。一般采用两级或三级结构设计，少数为四级结构。当火箭的下面级箭体燃料耗尽时，需依靠分离解锁结构将其抛离，以便减轻后续飞行重量。分离过程中剩余有效火箭部段能否满足结构强度要求，将直接影响着后续的飞行任务。因此，有必要对火箭级间分离这一过程中的箭体运动特性以及受载情况进行分析。对火箭进行载荷计算主要是指：计算箭体在各种外激励作用下，箭体各横截面上的轴力、剪力和弯矩。
基于上述问题，本文的主要研究内容有：
首先，研究了火箭级间冷、热两种分离方式下的计算特征。对于级间分离过程中的发动机点火冲击、分离解锁机构爆炸冲击以及阵风激励进行了响应谱分析。然后，建立了级间分离过程中的简化力学模型，给出了箭体轴向振动响应和横向振动响应计算方法。利用Monte Carlo模拟研究了分离参数具有不确定性时，对冷、热两种分离方式下箭体响应的影响程度。最后，设计了级间分离载荷计算软件。计算软件的设计是基于MATLAB的GUI界面编程平台，能够对火箭级间冷、热两种分离过程中的轴向、横向载荷进行计算，在参数输入、建模可视化、计算选择、结果保存等方面提供了良好的人机交互界面。