[發(fā)明專利]一種運載火箭電磁發(fā)射系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811303364.1
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109297356B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張恒浩;孔令超;吳勝寶;胡冬生;張雪梅;潘健;鄧思超;焉寧;張霞;徐振亮;張烽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國運載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: F41F3/04
• 分類號: F41F3/04;F41B6/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種運載火箭電磁發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，包括：

脈沖發(fā)電機電源，用于接收電磁發(fā)射系統(tǒng)所需的電能并儲存，以及，在脈沖發(fā)電機電源釋放儲存的電能時，通過整流電路和逆變電路對釋放的電能進行整流處理，輸出工作電流；其中，工作電流為滿足懸浮直線感應(yīng)電機工作的電流；

懸浮直線感應(yīng)電機，用于接收脈沖發(fā)電機電源輸出的工作電流，對工作電流進行電能轉(zhuǎn)換，向運載火箭提供發(fā)射時所需的初始動能；以及，采用模型預(yù)測控制的雙側(cè)PWM綜合控制策略，實現(xiàn)負載突變條件下的懸浮直線感應(yīng)電機的穩(wěn)定控制；

吸引型軌道控制器，用于在檢測到懸浮直線感應(yīng)電機的母線電壓突變時，根據(jù)預(yù)置功率補償控制策略，抑制母線電壓突變，以確保運載火箭分離過程中懸浮直線感應(yīng)電機的穩(wěn)態(tài)運行；以及，基于電磁效應(yīng)產(chǎn)生懸浮磁力；通過控制懸浮磁力大小使運載火箭在空氣中處于一個無金屬摩擦、無接觸的平衡狀態(tài)，以在運載火箭加速過程中保持運載火箭姿態(tài)穩(wěn)定；以及，通過控制電磁鐵中的電流，使運載火箭在懸浮狀態(tài)下與軌道四周布置的磁鐵產(chǎn)生吸引力，確保水平加速過程中運載火箭姿態(tài)穩(wěn)定；以及，在運載火箭分離后，采用永磁勵磁制動，以確保懸浮直線感應(yīng)電機的動子穩(wěn)定減速制動；以及，采用奇異攝動裕度的三回路自動駕駛儀控制策略，對運載火箭與電磁軌道的分離進行控制，確保運載火箭與電磁軌道的穩(wěn)定分離；

其中：

脈沖發(fā)電機電源，包括：原動機、脈沖發(fā)電機、VSR整流電路和逆變電路；脈沖發(fā)電機電源在開始工作時首先用原動機拖動，拖動過程采用低功率來使脈沖發(fā)電機慢慢升速；當(dāng)脈沖發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到3000r/min時，原動機退出工作，此后脈沖發(fā)電機自身開始進行轉(zhuǎn)速上升；當(dāng)脈沖發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至電磁發(fā)射所需速度時，脈沖發(fā)電機電源開始放電，釋放后的電能通過VSR整流電路和逆變電路進行整流后輸送給懸浮直線感應(yīng)電機；放電開始時，脈沖發(fā)電機產(chǎn)生的電頻率和自身轉(zhuǎn)速最高，隨著脈沖發(fā)電機逐漸將動能轉(zhuǎn)化為電能釋放，其轉(zhuǎn)速也不斷下降，對應(yīng)的電頻率也逐漸降低；脈沖發(fā)電機電源采用電源并聯(lián)設(shè)計，選用統(tǒng)一型號的110臺脈沖發(fā)電機電源進行并聯(lián)，其中每兩臺脈沖發(fā)電機電源將運行方向反向設(shè)計構(gòu)成電機對，從而有效地減小放電時產(chǎn)生的電磁力對電機以及外圍結(jié)構(gòu)的影響；

懸浮直線感應(yīng)電機，包括：定子、電樞繞組、非導(dǎo)磁材料塊和動子；定子采用無槽結(jié)構(gòu)作為鐵心，定子的材料采用1J22合金，提供1.57MN以上的推力；電樞繞組依次按相序纏繞在定子鐵心上；在定子鐵心上加裝非導(dǎo)磁材料塊作為電樞繞組纏繞的憑借，同時為電樞繞組提供定位依據(jù)；每一塊定子對應(yīng)兩個極距，即一相電樞繞組在一塊定子內(nèi)正好達成360度電角度；電樞繞組按定子每段接好后引出串聯(lián)供電，供電方式為分段供電：當(dāng)動子前端與某一塊定子完全重合后，該段定子開始供電；當(dāng)動子末端與某一塊定子完全脫離后，該段定子停止供電；動子材料選用鋁合金，為電磁場提供渦流回路實現(xiàn)水平方向的電磁推力；

懸浮直線感應(yīng)電機在采用模型預(yù)測控制的雙側(cè)PWM綜合控制策略，實現(xiàn)負載突變條件下的懸浮直線感應(yīng)電機的穩(wěn)定控制時，包括：通過構(gòu)建由整流電路、直流電路和逆變電路構(gòu)成的脈沖調(diào)制整流變量控制主電路拓撲頻率調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)負載突變條件下的懸浮直線感應(yīng)電機的穩(wěn)定控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運載火箭電磁發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，吸引型軌道控制器，包括：

電磁鐵單元模塊，用于產(chǎn)生磁力吸引懸浮的運載火箭；

動子回收模塊，用于在運載火箭分離后，控制動子穩(wěn)定減速制動。