[發明專利]一種用于火箭模型的姿控變軌系統

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• 申請號: 202010140755.7
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111330296A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 華成;楊敏濤;劉曉;趙漢青;沈陽
• 申請（專利權）人: 陜西中天火箭技術股份有限公司
• 主分類號: A63H27/00
• 分類號: A63H27/00;A63H27/127;A63H29/00;A63H29/22;A63H33/42
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 梁倩;廖輝

本發明公開了一種用于火箭模型的姿控變軌系統，包括：地面發控裝置、時序控制模塊、姿控變軌模塊、電源模塊及兩個以上姿控發動機；地面發控裝置用于給時序控制模塊設置延時時序并給時序控制模塊發送啟動指令；時序控制模塊根據設定的延時時序與姿控變軌模塊的所有觸發繼電器導通，進而實現對觸發繼電器的通電；姿控變軌模塊的單片機用于檢測火箭模型的當前的角度姿態，并根據該角度姿態控制一個以上與姿控發動機對應的觸發繼電器閉合；當觸發繼電器處于通電且閉合的狀態時，對應的姿控發動機點火，本發明通過采用單片機技術和模型火箭發動機技術相結合，實現了火箭模型的彈道變軌，并解決了水銀開關式姿態變軌控制系統和空氣動力控制系統的缺陷。

技術領域

本發明屬于航天模型技術領域，具體涉及一種用于火箭模型的姿控變軌系統。

背景技術

國內航天模型主要以東風一號、小力士、飛天夢、天鷹自旋翼、大力士和長二丙為主，這些火箭模型均采用垂直發射，發射升空后，受到發射桿約束，飛行姿態和軌跡一般不會改變。簡易航天模型變軌系統主要應用于直徑120mm以上的火箭模型上，裝載該系統的火箭模型發射升空后，可以根據設定的時序和發射角度完成變軌飛行。

變軌系統主要用于實現導彈變軌飛行，主要應用在一些彈道導彈上，在航天模型領域還沒有此類成熟技術。與模型領域飛行器姿態控制接近的方法主要有兩種：水銀開關式姿態變軌控制系統和空氣動力控制。

1、水銀開關式姿態變軌控制系統

水銀開關，又稱傾側開關，以一接著電極的小巧容器儲存者一小滴水銀，容器中多數為真空或者注入惰性氣體。水銀開關式姿態變軌控制系統是以水銀開關為核心，借助水銀開關特性，并結合火箭模型在空中姿態變化，從而實現火箭模型姿態變軌，與時序控制電路配合使用。使用時，根據預定姿態變軌方向，給帶發射火箭預置一定發射角度，點火器起飛后，由于火箭模型傾斜，對應水銀開關中水銀流動，開關閉合，當到達設定時序后，水銀姿控變軌系統通電，并控制相應姿控發動機工作，從而實現火箭模型姿控變軌。

2、空氣動力控制

空氣動力控制是根據運動的相對性原理和氣體流動時的基本定律，當飛行器在大氣中以一定的速度飛行時，飛行器都會受到空氣動力的作用。空氣動力可以分解為升力、側力和阻力，而對應的氣動力矩可以分解為影響飛行器姿態的滾轉力矩、偏航力矩和俯仰力矩。空氣動力和力矩與飛行器的飛行速度、飛行高度、飛行器的外形及飛行器相對來流的姿態因素有關。來流速度越大，即飛行器速度越大，動能就越大，來流吹到飛行器上后，由于受到阻滯，大部分動能轉化為壓力能，總的空氣動力也增大。基本上來說，升力、側立和阻力與飛行器速度的平方成正比。空氣密度越大，則空氣的慣性就越大，飛行器向前飛行需要的推力就越大。根據作用力與反作用力的原理，空氣必將以更大的力作用在飛行器上。因此，空氣動力與空氣密度成正比。由于空氣密度隨高度增加而減小，所以高度越高，作用在飛行器上的氣流速度分部也不同，必然影響著空氣動力的大小和方向。使用空氣動力來控制飛行器姿態是一種成熟的技術，該技術通過檢測飛行器的姿態、飛行速度、氣壓等參數，并反饋給內部計算機系統，計算機系統根據檢測到的數據進行分析計算，爾后將控制指令發送給舵機系統，通過舵機調整飛行器上的翼片來實現姿態控制。

但是，水銀開關式姿態變軌控制系統和空氣動力控制有如下缺陷：

(1)水銀開關式姿態變軌控制系統的核心是水銀開關，而水銀對人體及環境均有害。火箭模型發射及飛行存在各種意外，如果飛行出現故障，火箭模型從高空墜落，造成系統損壞，存在水銀泄露的危險。

(2)空氣動力控制對使用者的專業知識要求較高，需要建立數學模型，并結合動力參數、火箭模型飛行速度等參數和空氣流體參數，進行流體力學分析和復雜數學計算。

(3)空氣動力控制方式結構復雜，制作難度大，成本比較高。

發明內容