[發(fā)明專利]一種自旋穩(wěn)定的火箭分離體殘骸落區(qū)精準(zhǔn)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011589097.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113154955B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹仕卿;李鈞;朱丹;范威;韓明晶;陳辰;劉浩;馮剛;胡智琿;曹晉;姜航;王曉瑋;駱信宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天科工火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): F42B10/64
• 分類號(hào): F42B10/64;F42B10/66;F42B10/14
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42235
• 代理人: 李恭渝

1.一種自旋穩(wěn)定的火箭分離體殘骸落區(qū)精準(zhǔn)控制方法，其特征在于基于自旋穩(wěn)定的火箭分離體殘骸落區(qū)精準(zhǔn)控制系統(tǒng)，包括自旋系統(tǒng)、柵格舵系統(tǒng)和分離體，所述分離體包括分離體頭部和分離體本體，

所述分離體本體靠近所述分離體頭部的一端設(shè)置有自旋發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，另一端即尾部設(shè)置有柵格舵系統(tǒng)，

所述自旋發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括兩個(gè)自旋發(fā)動(dòng)機(jī)，所述兩個(gè)自旋發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管沿所述分離體的軸呈軸對(duì)稱分布；

所述柵格舵系統(tǒng)包括舵機(jī)和折疊起來(lái)的柵格舵，柵格舵為十字形舵，四片舵間隔90°分布在所述分離體本體周圍，舵機(jī)安裝在分離體尾部?jī)?nèi)部；

所述噴管埋在頭部里面以減小飛行時(shí)的氣動(dòng)阻力；

所述分離體頭部加裝了部分單機(jī)與自旋系統(tǒng)，使分離體質(zhì)心前移，所述分離體本體另一端即尾部加裝了柵格舵，使分離體壓心后移，從而使分離體質(zhì)心位于壓心之前，呈靜穩(wěn)狀態(tài)；

自旋穩(wěn)定的火箭分離體殘骸落區(qū)精準(zhǔn)控制方法，包括如下步驟：

S1、所述分離體在分離前，柵格舵一直保持折疊狀態(tài)以減小氣動(dòng)阻力；

S2、到達(dá)第一高度后，進(jìn)行第一次姿態(tài)調(diào)整，調(diào)整到符合分離條件的姿態(tài)，調(diào)整完畢后在第二高度范圍進(jìn)行分離；

S3、分離后，分離體存在一個(gè)初速度并只受重力的影響，因此在慣性的作用下繼續(xù)向上滑行，達(dá)到最高點(diǎn)后，開(kāi)始下降，當(dāng)分離體下降到海拔第三高度時(shí)，已在大氣層邊緣，此時(shí)所述柵格舵先展開(kāi)，進(jìn)行分離體的第二次姿態(tài)調(diào)整；

S4、第二次姿態(tài)調(diào)整完畢后，所述自旋發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始工作，高速氣流從兩個(gè)噴管中噴出，產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩，使分離體開(kāi)始繞體軸旋轉(zhuǎn)；

S5、隨著高度的下降，大氣密度逐漸增加，分離體在重力的作用下速度也逐漸增加，氣動(dòng)力也在逐漸增大，在下落過(guò)程中，當(dāng)分離體姿態(tài)需要調(diào)整時(shí)，即通過(guò)柵格舵進(jìn)行控制，調(diào)整姿態(tài)，使分離體按預(yù)定彈道飛行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S5中包括無(wú)攻角無(wú)側(cè)滑角的理想標(biāo)準(zhǔn)工況，此時(shí)分離體主要受到重力、氣動(dòng)力、自旋發(fā)動(dòng)機(jī)的力，不需要柵格舵進(jìn)行控制，分離體的姿態(tài)保持穩(wěn)定，按預(yù)定彈道向落區(qū)下落。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟S5中還包括當(dāng)分離體自旋的同時(shí)又存在一定的攻角的工況，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向的馬格努斯力，對(duì)分離體的穩(wěn)定性有不利的影響，則利用柵格舵進(jìn)行控制，使分離體的姿態(tài)保持穩(wěn)定，按預(yù)定彈道向落區(qū)下落。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟S5中所述利用柵格舵進(jìn)行控制的具體控制策略是：

在分離體旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，柵格舵的極性需要改變兩次，即舵偏角的正負(fù)需要改變兩次；假定控制信號(hào)的初始相位滯后φ角，瞬時(shí)控制力F_c，那么在初始相位滯后φ角處的點(diǎn)和φ+π處的點(diǎn)的控制信號(hào)極性和操縱力方向發(fā)生改變，即φ到φ+π為正方波，舵偏角為+δ，控制力方向?yàn)檎瑬鸥穸娈a(chǎn)生的控制力在YZ面的投影是朝向分離體圓周面；在φ+π到φ+2π為負(fù)方波，舵偏角為-δ，控制力方向?yàn)樨?fù)，柵格舵產(chǎn)生的控制力在YZ面的投影是朝向分離體體軸中心；則柵格舵一個(gè)周期內(nèi)平均操縱力F_δ在準(zhǔn)彈體系OX、OY軸和OZ軸的投影分別可以表示為：

F_x＝F_c

故F_δ可以表示為：

故一個(gè)周期內(nèi)平均控制力的大小約為瞬時(shí)最大控制力的63.7％，方向?yàn)?0°+φ。