亞軌道重復使用運載器總體多學科優化方法①

龔春林，谷良賢，粟 華

(西北工業大學 航天學院，西安 710072)

0 引言

近年來，國際上更加關注運送高度80～100 km、Ma=8～10、設計裕度更寬的亞軌道重復使用運載器(Suborbital Reusable Launch Vehicle，SRLV)［1］。SRLV更強調集成現有技術，總體設計尤為重要。但SRLV的任務和構型均有別于傳統運載器，傳統飛行器學科相互影響關系將不再適用。因此，傳統“專業獨立、總體試湊”的運載火箭設計方法在SRLV中面臨較大的應用困難。近年來提出的多學科設計優化(Multidisciplinary Design Optimization，MDO)技術以維持學科耦合關系為原則，進行學科協調與系統整體優化設計，可最大程度減少其對經驗的依賴性，適合SRLV類創新型復雜系統的總體設計［2］。

Olynick等［3］集成氣動熱計算、傳熱分析和彈道數據，對X－33飛行器的全彈道熱特性進行了研究，為熱防護系統(TPS)設計提供了更準確的依據。Bhungalia等［4］針對美國空軍發展的亞軌道可承受響應運輸飛行器(ARES)，在進一步耦合氣動/熱/彈道模型基礎上，對相同問題開展了研究。洛馬公司Prabhu等［5］研究了亞軌道驗證機X－34的靜氣彈問題，在考慮結構變形的條件下，對X－34飛行器的氣動數據進行了修正。研究表明，在SRLV總體設計中考慮多學科耦合是必要的，但現有研究僅對SRLV的少數學科進行綜合，導致耦合特征和優化問題均與總體設計內容存在較大差異，其建模、集成和求解過程難以直接應用于SRLV總體設計。

本文針對亞軌道助推器總體設計任務，系統研究了MDO任務規劃、建模、集成和求解等方面問題，旨在建立一套完整的、適合SRLV總體設計的新方法，并為缺乏設計經驗的其他新型飛行器總體設計提供研究思路?！?br>