随机喷管侧向载荷下的火箭随机动力学：奥恩斯坦-乌伦贝克边界层分离及其与侧向载荷和火箭响应的粗粒化关联

研究了火箭动力学中一个长期存在但理解不足的问题——火箭对随高度变化的随机喷管侧向载荷的响应。侧向载荷产生于低空飞行时，由于喷管内边界层随机、非对称的激波诱导分离。本文通过一组简单的解析模型，将侧向载荷产生的基本特征——喷管内边界层分离线的随机演化，与随高度变化的随机旋转和平移火箭响应联系起来。分离线运动存在于快速的边界层时间尺度上，被建模为奥恩斯坦-乌伦贝克过程。俯仰和偏航响应发生在较长的火箭动力学时间尺度上，被证明同样演变为OU过程。随高度变化的随机火箭平移运动则源于完整非线性运动方程的线性渐近形式；该模型在随机俯仰、偏航和滚转速率均保持较小的实际极限下有效。将计算得到的随高度变化的旋转和平移速度及位移统计量与近期报道的高保真模拟结果[Srivastava, Tkacik, and Keanini, J. Applied Phys., 108, 044911 (2010)]进行了比较；在所有情况下，均观察到合理的一致性。作为重要的序曲，首先给出了表明上述文章中引入的模型物理一致性的证据：研究表明，该研究的分离线模型允许直接推导出实验观测到的侧向载荷幅度和方向密度。最后，发现本文提出的解析模型能够直接识别出实际方法：i) 减少对侧向载荷的俯仰/偏航响应，以及ii) 在侧向载荷停止后增强俯仰/偏航阻尼。