[發明專利]多級飛行器控制系統和方法、多級飛行器和導彈和火箭

有效

• 申請號: 201610282645.8
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105836161B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 陳小軍;舒暢;陳江瀾;艾之恒;趙新強
• 申請（專利權）人: 北京零壹空間科技有限公司
• 主分類號: B64G1/26
• 分類號: B64G1/26;F42B15/01
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司11514
• 代理人: 趙永輝

技術領域

本發明屬于多級飛行器的姿態控制技術領域，特別是涉及多級飛行器控制系統、多級飛行器控制方法、應用了該多級飛行器控制系統的多級飛行器、火箭和導彈。

背景技術

通常的火箭或者彈道式戰略/戰術導彈設計，在每一級都需安裝一套姿態控制設備。在一級飛行時，使用一級的姿態控制系統進行控制；在二級飛行時，使用二級的姿態控制系統進行控制；在三級飛行時，采用三級的姿態控制系統進行控制。這樣設計的好處在于系統設計簡單，每一級的姿態控制系統都針對本級進行設計，設計實現都比較方便。

這種傳統設計方式也存在缺點。其主要在于火箭或者戰略、戰術導彈有多少級，就需要多少套姿態控制系統。姿態控制系統數量的增加，也帶來了較多的問題。

a)多套姿態控制系統，每一套都不能失效(任何一套失效都會導致飛行器失穩，從而導致飛行任務失敗)，從可靠性的角度而言形成了飛行可靠性的串聯環節，全系統的可靠性比任一套的可靠性都低，降低了系統的可靠性。

b)姿態控制系統數量的增多，必然帶來成本的大幅度增大，從成本的角度也非常高昂。

c)姿態控制系統數量的增多，必然帶來結構安裝、電氣控制復雜度的提高，也會帶來成本與可靠性的問題。

d)對于飛行器而言，其重量是一個非常重要的參數；比如運載火箭的有效載荷，每增加1kg，就相當增加1kg黃金的價格；對于飛行器而言，姿態控制系統設備的增多，必然帶來飛行器重量的增加。

發明內容

本發明為克服現有技術中存在的技術問題而提供多級飛行器控制系統、多級飛行器控制方法、應用了該多級飛行器控制系統的多級飛行器、火箭和導彈，該多級飛行器可以降低制造、發射成本，提高可靠性。

一種多級飛行器姿態控制系統，多級飛行器包括第一級，其特征在于：包括姿控設備和第一級，姿控設備包括設置于多級飛行器頭部的末級姿控裝置，還包括：

姿態傳感器，用于實時采集多級飛行器的俯仰角度，和/或，實時采集多級飛行器的偏航角度；

飛行器姿態控制器，飛行器姿態控制器為集成式飛行器姿態控制器，集成式飛行器姿態控制器設置在多級飛行器頭部，用于：實時接收俯仰角度，和/或，偏航角度；并根據俯仰角度，和/或，偏航角度，控制姿控設備的推力和/或姿控設備的開關。

通過將姿控裝置設置在多級飛行器的頭部和第一級，可以減少所需要控制的噴管的數量。并且通過設置于頭部的集成式飛行器姿態控制器來控制一級姿控裝置和末級姿控裝置，可以減少姿態控制器的數量，降低多級飛行器的制造、發射成本，提高多級飛行器的可靠性。

優選的技術方案，其附加特征在于：集成式飛行器姿態控制器用于在多級飛行器帶有第一級的飛行時，控制末級姿控裝置產生推力P₁，

P₁*L₁>M_需1

其中，M_需1為多級飛行器在帶有第一級的飛行時所需的俯仰力矩或偏航力矩，L₂為多級飛行器在帶有第一級的飛行時的第一質心位置與末級姿控裝置之間的垂直距離；

在第一級從多級飛行器分離后，集成式飛行器姿態控制器控制末級姿控裝置產生推力P₁，

P₁*L₂>M_需2

其中，L₂為第一級從多級飛行器分離后的多級飛行器的第二質心位置與末級姿控裝置之間的垂直距離，M_需2為第一級多級飛行器分離后的多級飛行器所需的俯仰力矩或偏航力矩。

當多級飛行器在一級飛行的時候，由于末級姿控裝置與此時飛行器的質心較遠，所以用不大的推力，即可以產生較大的偏航力矩或俯仰力矩，可以提高飛行器的控制性能。

當第一級與多級飛行器分離之后，由末級姿控裝置控制飛行器的剩余部分的飛行姿態，對于三級飛行器而言，可以省略掉二級姿控裝置，降低了這一不必要的重量負擔，也提高了系統控制的可靠性。

優選的技術方案，其附加特征在于：姿控設備還包括設置于多級飛行器的第一級的一級姿控裝置。

由于一級姿控裝置是要在第一級與多級飛行器分離的，所以設置一級姿控裝置，可以減少末級姿控裝置在一級飛行時的負擔，減少末級姿控裝置的重量，提高多級飛行器的最終載荷。

進一步優選的技術方案，其附加特征在于：控制末級姿控裝置產生推力P₁和/或一級姿控裝置產生推力P_2需2，