论文摘要：助推器再入气动载荷与破坏研究
可重复使用运载器是降低航天运输成本的有效手段，也是未来航天运载技术发展的必然趋势。目前，国内外大多数运载器都是一次性使用的，现有的技术水平距离运载器完全可重复使用的目标仍存在相当大的差距。为实现可重复使用的目标，国内外对运载器的火箭系统开展了不同层次的回收技术研究，其中助推器的完整回收已成为航天运载领域关注的热点。
本文针对可重复使用运载技术这一前沿方向，在回顾、总结国内外可重复运载器发展历程的基础上，探讨了助推器完整回收的意义和研究现状，围绕助推器再入过程中的气动载荷、运动规律以及结构响应开展研究，主要进行了以下三个方面的研究工作：
一、从数值求解助推器三维外流场出发，借助CFD软件CFX，建立了助推器定常气动载荷分析模型。对助推器在50km、30km、10km和0.1km高度上5种姿态和不同下落速度条件下的气动载荷进行模拟，得到了详细的气动载荷分布，并预测助推器的着陆姿态和不同姿态下的着陆速度，为助推器再入过程中的结构响应分析提供了必要数据。
二、对瞬态气动载荷作用下的助推器运动过程进行了初步研究。基于多重参考坐标系原理和滑移网格技术，结合动态边界条件，提出了一种助推器再入运动分析方法。该方法通过时间推进求解非定常流场来获得助推器的瞬态气动载荷和再入运动参数。在给定初始条件下，针对某助推器自由下落至地面的过程进行了运动分析，获得了下落高度、下落速度、气动力、气动力矩、俯仰角速度和累积俯仰角度随时间的变化，并对典型时刻的助推器非定常流场和运动姿态进行了分析。研究结果表明：该方法能够用于预测时间历程长、空间跨度大的再入过程中助推器的瞬态气动载荷和运动规律。
三、借助LS-DYNA软件，运用显式动力学分析方法进行了助推器再入过程结构响应分析。计算结果表明：定常气动载荷作用下，助推器的结构响应较小，其应力水平远低于材料的许用应力水平。通过对助推器的着陆撞击过程进行非线性动力学仿真，获得了不同着陆姿态和着陆速度对结构破坏模式的影响，为助推器的完整回收提供了借鉴。
本文紧紧围绕助推器再入过程运动分析和载荷研究而展开，主要亮点包括：（1）基于多重参考坐标系原理和滑移网格技术，结合动态边界条件，提出了一种助推器再入运动分析方法；（2）运用显式动力学方法来解决回落过程中气动载荷作用下的结构响应分析问题。本文的主要工作是建立助推器再入过程运动分析与载荷研究体系，目标是为助推器的完整回收提供参考与借鉴，以促进助推器可重复使用技术早日走向工程实用。
