中国空间科学技术 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (2): 12-20.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0020
张智1,*,王檑2,刘晖2,胡晓军2,王紫扬2
ZHANG Zhi1,*, WANG Lei2, LIU Hui2, HU Xiaojun2, WANG Ziyang2
摘要: 为解决传统航天器与运载火箭独立设计模式在应对大型航天器时暴露的气动协同设计、基频匹配困难、载荷设计保守、地面试验过考核等问题,提出器箭载荷一体化协同设计方法。气动外形联合优化方面,通过对比分析自逃逸与逃逸塔两种构型的脉动压力分布,确定优选方案;动特性协同设计方面,建立器箭耦合动力学模型,针对飞船2.8Hz超低基频及火箭弹性频率密集问题,综合采用结构刚度增强与控制系统优化方法;起飞段外力函数工程外推方面,基于喷流仿真、外载荷辨识及历史飞行数据,构建从噪声到外力的外推方法;精细化载荷设计方面,提出融合表面气动分布、静态过载与动态加速度的载荷分析方法,并基于分舱界面条件进行动响应分析,以取代传统的质心等效过载方法。应用该方法取得明显成效:气动方面,逃逸塔构型关键部位脉动压力峰值较自逃逸构型降低约50%;动特性方面,优化后火箭一、二阶弹性频率有效分离,姿控系统前三阶弹性频域幅值最大降低4~10dB,稳定性显著改善;载荷与试验方面,基于分舱界面条件生成的试验载荷谱,较传统整器固支试验条件平均降低约20%,有效缓解了地面过考核现象。本文提出的器箭一体化设计方法,实现了从气动外形、结构动力学和姿控设计到载荷环境的多学科优化设计,突破了传统界面分割设计的局限。其核心价值在于提出了应对超低基频兼容性与复杂载荷预示的系统解决方案,通过余量共享与精细化设计,为航天器减重与可靠性提升提供了有效途径。