运载火箭智慧控制系统技术研究

总结了国内外先进运载火箭控制系统的特点,结合我国新一代运载火箭的现状,提出目前我国运载火箭控制系统发展亟待解决的问题。在此基础上,提出了适应现阶段智能高可靠需求的自主轨道规划技术、在线故障辨识技术、姿控喷管隔离重构技术和全程四元数控制技术,所提技术可有效提高控制系统可靠性,使全箭在面对非灾难性故障时具有较强的自主性和适应性。     

基于跟踪微分器的姿控喷管故障检测

针对航天飞行器姿控喷管故障的检测问题，提出了一种基于跟踪微分器(TD)的故障检测方法。该方法在考虑测量噪声、安装误差、转动惯量误差、姿控喷管特性、质心偏移等因素的基础上，设计了带低通滤波器的跟踪微分器，用来估计姿控喷管的输出力矩，并根据上述对象的实际偏差设计了无故障时估计力矩随指令力矩变化的力矩包络，即在无故障时估计力矩不会超出包络，通过检测估计力矩是否超出包络来判断是否发生故障。通过数学仿真，表明该方法能有效检测航天飞行器姿控喷管的故障，检测成功率高并且几乎没有误检。     

运载火箭并联双机姿控配平策略研究

运载火箭并联双机是一种常见的发动机推力矢量控制(Thrust Vector Control,TVC)方案，发动机与伺服机构可组合出不同的控制布局。针对液体运载火箭典型的4种并联双机摆发动机控制布局，开展了故障动力学建模仿真研究，基于运载火箭比例微分(Proportional Differential,PD)姿控方法，比对分析了不同故障模式的姿控配平结果，优选了并联双机摆发动机控制布局，最后应用控制重分配技术验证了故障下放宽滚动通道性能策略的有效性，结果表明不同的推力矢量布局故障适应能力不同，姿态重构技术在发动机推力较大故障下仍可保证运载火箭良好的姿控性能与稳定能力。     

小型固体运载火箭运载能力分析

针对控制系统,采用姿控发动机和格栅舵的小型多级固体运载火箭开展了运载能力分析研究.给出了运载火箭飞行方案,提出了一种飞行程序角的工程设计方法.给出了姿控发动机工作模型,建立了六自由度弹道计算和优化模型,采用混合进化算法进行弹道优化,并给出了仿真算例.仿真计算及分析表明,小型多级固体运载火箭满足发射小卫星的运载能力要求,姿控发动机推进剂分配方案合理,为总体方案论证和初步设计提供了理论依据.     

运载火箭姿态控制技术的发展趋势和展望

对国外运载火箭的姿态控制技术发展进行了梳理。根据国外运载火箭姿控技术的发展趋势,并结合国内运载火箭的发展方向,提出了几种可能应用于国内运载火箭的姿态控制方法,并给出了这几种姿态控制技术的工程实现方法和途径。分析表明,这几种控制方法对克服火箭参数不确定性、提高火箭姿控系统的鲁棒性具有明显优势。     

某运载火箭三级贮箱滑行段热分析计算

为保证某火箭三级发动机二次启动的可靠性，在分析滑行段热环境的基础上，用I-DEAS TMG软件时三级贮箱内增压气体、推进剂、固壁进行气液固三相耦合热分析。建立了简化的有限元模型，并综合考虑高温喷管延伸裙、空间外热流、三级底部各部件的遮挡等因素，计算了滑行段期间不同太阳入射角工况下的温度变化。计算和分析结果表明，高温喷管的辐射是影响三级底部热环境的主要因素。该运载火箭三级各部位温度变化能满足发动机二次启动的要求。     

长征四号运载火箭的主要特点

长征四号运载火箭是中国长征运载火箭系列的一种型号。1988年,长征四号运载火箭首次使用即告成功,从而使中国长征系列运载火箭的工作范围扩大到了能覆盖包括太阳同步轨道的全部地球轨道。 长征四号运载火箭是在改进长征三号运载火箭一、二级的基础上,新研制第三级而发展起来的。它在继承已有技术成果的同时,采用了不少先进的技术措施。控制系统采用数字式网络、数字式调零方案和双向伺服机构,三级推进系统采用定压全程氦气增压系统和主、副增压管路方案,三级发动机采用铌合金喷管延伸段,姿控发动机系统采用表面张力贮箱,三级贮箱采用高强度铝单层薄壁共底结构等。这些新技术在长征四号运载火箭上都得到了成功应用。 长征四号运载火箭自投入使用以来,两次发射风云一号气象卫星均获圆满成功,已经成为中国长征系列运载火箭中的多用途运载工具。 本文着重介绍了长征四号运载火箭性能优良、用途广泛、可靠性高、经济性好等主要特点,展望了其良好的发展前景。     

姿控发动机热防护研究

经分析,某运载火箭定向姿控发动机所在环境的主要热源为游机喷管辐射、游机燃气羽流辐射、涡轮废气管辐射等。计算得出各受热危险部位所接受的辐射热流,依据热流值提出了对辐射热流较大的地方采取隔热材料包覆的热防护方案,并对热防护方案进行数值仿真和试验验证,试验值与仿真结果接近。     

运载火箭总体设计多学科优化方法发展及展望

运载火箭总体设计是一项涵盖多学科的系统工程。在总体设计过程中,需要综合考虑弹道、气动、姿控等多个学科的设计方案及其相互间的耦合关系。多学科优化(MDO)方法通过不同的单级或多级模型对多学科系统进行近似建模,再利用相应数值算法迭代计算,从而逼近全局最优解。系统回顾了多学科优化方法在国内外的发展脉络,择要介绍了应用于总体设计的经典多学科优化模型架构、软件平台和实际算例,探讨了多学科优化方法在我国运载火箭总体设计中的应用价值和发展前景。     

长二丁运载火箭二级姿控发动机热控设计及其试验验证

根据长二丁运载火箭姿控发动机的热环境条件和系统对各组件的温控要求,初步制定了姿控发动机主要组件的热防护设计方案。以贮箱和电磁阀为主要热分析对象,用I-DEAS软件建立有限元模型,通过数值仿真计算获得各组件不同时间的温度。计算结果与贮箱和机组组件的地面模拟热辐射环境的热流试验数据进行比较,对设计作改进。最终给出了满足系统设计要求的二级姿控发动机热设计方案。