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摘要：火箭艙段是火箭結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其穩(wěn)定性直接影響火箭的安全性能。

張志成 崔展鵬 劉俊林 聶濤 （北京特種工程設(shè)計研究院） 近年來，世界航天大國集中進(jìn)入主力火箭更新?lián)Q代期，例如，美國的“航天發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）火箭、“獵鷹”火箭、“星艦”、“新格倫”火箭、“火神”火箭，歐盟“阿里安”6火箭，日本H-3火箭，俄羅斯“安加拉

20 世紀(jì)以來，大多數(shù)火箭都使用易于控制的液體推進(jìn)劑，但隨著人們發(fā)現(xiàn)固體火箭的制造更簡單且可靠性更高后，固體火箭發(fā)動機(jī)越多越來地運(yùn)用在軍事領(lǐng)域中。與液體或混合火箭不同的是，固體燃料火箭可以長時間存放而不會降解推進(jìn)劑，所以無論何時使用，它們的可靠性都很高，完全不用擔(dān)心燃料“失效”。

2017年更是實現(xiàn)了14次嘗試，全部成功，其中4次實現(xiàn)了發(fā)射“二手火箭”2018年4月首次試射成功的獵鷹重型火箭，左右兩個“捆綁”的助推器其實就是之前成功回收的火箭一級助推器，中間的為嶄新的火箭一級助推器。一個新的獵鷹9號火箭相當(dāng)于一枚嶄新的獵鷹9號火箭和兩枚被回收的火箭一級助推器組合而來。

其中，SpaceX公司的獵鷹9火箭革命性地實現(xiàn)了入軌級運(yùn)載火箭第一級回收與重復(fù)使用。2015年12月，獵鷹9火箭首次陸地成功回收一子級。2017年3月，獵鷹9火箭一子級首次重復(fù)使用發(fā)射。截至2022年9月，該火箭成功回收一子級130多次，單枚火箭一子級復(fù)用次數(shù)最多達(dá)14次，發(fā)射強(qiáng)度之高、可靠性和經(jīng)濟(jì)性之顯著都令人驚嘆。成就獵鷹9火箭的技術(shù)基礎(chǔ)是9臺并聯(lián)的梅林1D發(fā)動機(jī)。

汽車重復(fù)使用容易，火箭為什么難？因為火箭速度得每秒7.9公里才能進(jìn)入地球軌道，要達(dá)到這一速度不但必須攜帶大量燃料，還需要借助多級火箭技術(shù)以接力方式飛行，并嚴(yán)格控制各級火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量占比?，F(xiàn)代火箭的燃料質(zhì)量超過90%，剩余不到10%質(zhì)量中有效載荷通常小于30%。為了讓火箭實現(xiàn)可重復(fù)使用，必然要預(yù)留一定的飛行能力用于返回，這就進(jìn)一步增加了了火箭的干重，削弱了它運(yùn)輸有效載荷的能力。

火箭動力學(xué)是研究火箭運(yùn)行過程中涉及的力學(xué)、動力學(xué)和控制等方面的學(xué)科。它主要關(guān)注火箭的飛行、推進(jìn)、姿態(tài)控制、航跡計算以及火箭的性能分析等各個方面。具體來說，火箭動力學(xué)主要研究以下幾個方面：1) 火箭運(yùn)動分析： 火箭動力學(xué)研究火箭在大氣層內(nèi)和外的運(yùn)動特性，包括推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的推力、速度、加速度、高度等參數(shù)隨時間的變化。

編輯：陳一丹審核：馬杰文章來源：火箭推進(jìn)

1 整箭無線系統(tǒng)工作體制運(yùn)載火箭在塔架內(nèi)測試期間，大量無線信號在狹窄空間內(nèi)傳播，工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，容易造成電磁干擾。火箭無線系統(tǒng)要求箭上天線周圍的活動平臺布置透波材料，地面接收天線盡可能對準(zhǔn)箭上天線，使直線距離最短。

這需要采用零秒脫落連接器技術(shù)，最大限度延長供氣時間，提高火箭“零窗口”發(fā)射可靠性。下圖為大型低溫液體火箭的中心球鎖零秒脫落連接器，該連接器通過支架安裝在火箭支撐臂上。火箭起飛時，拉索控制連接器脫落，限位索作為備保手段提高零秒連接器脫落可靠性。

據(jù)新華社，記者從航天科技集團(tuán)四院了解到，由航天科技集團(tuán)四院中天火箭公司研制的增雨防雹火箭彈、飛機(jī)焰條、地面人影作業(yè)系統(tǒng)助力今年遼寧省的抗旱工作。增雨防雹火箭彈發(fā)射。航天科技四院供圖（新華社）近日，遼寧省各級氣象部門抓住有利時機(jī)，上下聯(lián)動，陸空兩路開展大規(guī)模聯(lián)合增雨作業(yè)。本次人工增雨作業(yè)大規(guī)模使用了中天火箭公司的增雨防雹火箭彈、飛機(jī)焰條、地面人影作業(yè)系統(tǒng)。

額，這個火箭的頭部，作為一個流體UP，怎么看都覺得它不流體。一般真實火箭會有一個整流罩，除了隔熱，其流線形狀還有減小空氣阻力的作用。看來我的水火箭得換個頭。以真實火箭整流罩為基礎(chǔ)，按照我的水火箭尺寸建了模，用天洑優(yōu)化軟件AIPOD以40m/s運(yùn)動時阻力加重力最小為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行自動仿真優(yōu)化，一晚上AIPOD自動算了近百個案例，第二天一早，我得到了想要的模型。

中國商業(yè)航天公司深藍(lán)航天于2022年5月6日完成了其星云-M1液體燃料火箭首次可重復(fù)使用的千米級垂直起飛和垂直著陸測試。在從地面上升一公里后，火箭返回并著陸，距離目標(biāo)著陸點偏差小于0.5米，標(biāo)志著可重復(fù)使用運(yùn)載火箭的成功回收。

▲ 火箭吊裝本次任務(wù)中，長四乙火箭搭載了飛行診斷控制單元，這是國內(nèi)首次動力診斷和重構(gòu)平臺的飛行驗證，驗證充分成熟后將推進(jìn)工程應(yīng)用，以提升運(yùn)載火箭對動力系統(tǒng)故障的主動補(bǔ)救能力，提高火箭飛行可靠性?！?長四乙火箭整裝待發(fā)本次發(fā)射是長征系列運(yùn)載火箭的第430次發(fā)射。來源/中國航天科技集團(tuán)

20 多年來，ArianeGroup 一直信賴 NUMECA 的軟件工具來設(shè)計、分析和優(yōu)化 Vulcain? 火箭發(fā)動機(jī)及其后續(xù)產(chǎn)品的液氫渦輪分子泵。我們的咨詢部門 NUMFLO 一直在為阿麗亞娜運(yùn)載火箭的開發(fā)提供流體、熱和航空機(jī)械仿真方面的咨詢服務(wù)和專業(yè)知識。 “在進(jìn)行昂貴的測試活動之前，多物理場仿真對于評估火箭發(fā)動機(jī)開發(fā)不同階段的流體動力學(xué)性能至關(guān)重要。

火箭發(fā)動機(jī)點火和實際的火箭飛行都發(fā)生在遠(yuǎn)離人類的地方，不同于傳統(tǒng)火箭從地面上的發(fā)射臺發(fā)射?！比绻谔罩谐霈F(xiàn)問題，火箭上不會有人處于危險之中。 此外，由于發(fā)射不需要人類飛行員，Aevum可以充分利用物理定律和最佳效率，其中包括大幅節(jié)省燃料。與其他將飛機(jī)當(dāng)作運(yùn)載工具的水平發(fā)射方式不同，Ravn是真正的第一級，為火箭的動量貢獻(xiàn)了Delta V。

?“獵鷹9號”火箭是美國SpaceX公司研制的可回收式運(yùn)載火箭，于2015年12月21日首次完成一級發(fā)動機(jī)回收。

這個由9個組件組成的模型代表了印度空間研究組織（ISRO）開發(fā)的用于載人及大質(zhì)量有效載荷任務(wù)的重型軌道運(yùn)載火箭LVM3（Mark-3運(yùn)載火箭）。該模型采用兩級入軌結(jié)構(gòu)，包括固體助推器、液體推進(jìn)劑芯級和低溫上面級，反映了該火箭的實際結(jié)構(gòu)和推進(jìn)系統(tǒng)布局。該組件捕捉了外部幾何形狀，包括各級結(jié)構(gòu)，例如固體火箭助推器、芯級、低溫上面級、有效載荷整流罩和級間結(jié)構(gòu)。

這是模擬火箭噴管的兩個示例問題中的第二個： • 第一個例子，火箭噴嘴延伸模擬：制造，演示了如何模擬噴嘴制造階段的熱應(yīng)力。 • 下面的第二個示例問題演示了如何模擬火箭噴嘴運(yùn)行期間產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 雖然兩個示例都基于相同的幾何圖形，但使用的假設(shè)不同，因此導(dǎo)致不同的網(wǎng)格和不同的單元類型。

而人們通常形容火箭是“薄皮大餡”，主要的重量都在火箭肚子里的燃料上。可燃料都是“死重量”，是不能隨意增減的，所以，火箭設(shè)計師們就把心思動在了火箭的外殼上，把火箭的外殼變薄，目的就是為了給火箭減重。它能保證火箭的堅固性嗎？火箭的外殼其實是由多個部分組成。包括蒙皮、桁條和框環(huán)?？颦h(huán)和桁條組成一個圓柱型的框架，通過鉚接與蒙皮組合到一起。