钱丰学，郭 鹏，高 鹏，刘奇，王元靖，易国庆

中国空气动力研究与发展中心 高速空气动力研究所，四川 绵阳 621000

0 引言

级间分离是多级航天器发射过程中的关键一环，在整个系统的飞行安全和轨迹控制中占据十分重要的地位。早在20 世纪50年代，英美等国即针对这一问题进行了大量研究，发展了包括动力投放、网格测力在内的多种风洞试验技术和数值模拟技术，用于导弹级间分离[1]、航天飞机燃料箱投放分离[2]、多级入轨飞行器级间分离等问题的分析。

级间分离过程中，飞行器流场存在相互干扰，具有较强的非线性和非定常特性，而干扰作用下的飞行器气动特性难以精确预测，导致级间分离阶段成为航天事故的多发阶段之一。据统计，在1980～1999年全球发生的114 起航天事故中，因级间分离故障导致的有11 起，占比接近10%。

进入21 世纪以后，以非对称布局及带翼并联布局[3-4]为代表的新概念飞行器的出现，给级间分离问题研究带来了新的挑战。为了掌握分离过程中飞行器的动态特性和运动规律，设计部门不得不综合采用多种方法。美国研究人员曾在Hyper-X 项目研究过程中针对X-43A 飞行器的级间分离问题开展了CFD 仿真[5-8]、风洞试验[9]、弹道仿真计算[10]以及飞行验证试验[11]，在建立相对完备的气动数据库的同时，还开发了基于ADAMS 的分离过程模拟系统SepSim[10]。为解决第二代可重复使用航天器中存在的相同尺度并联飞行器级间分离干扰问题，国外研究机构不仅发展了基于Cart3D、OVERFLOW 2 的级……