基于信号辨识的运载火箭实时减载控制技术

运载火箭在高空风区域飞行时,其自身结构载荷的约束对气动载荷提出了控制要求,为了降低高空风对运载火箭飞行的影响,减小运载火箭的气动载荷,保证其在高空区飞行的安全可靠,提出了一种简单可行的实时减载控制方法。首先,通过非线性状态观测器估计方法,获得箭体绕质心运动的角加速度信号以及捷联惯组相对质心的位置,计算出箭体绕质心运动产生的线加速度信号;其次,从运载火箭上捷联惯组测量到的视加速度信号中减去箭体绕质心运动产生的线加速度信号,消除箭体绕心运动产生的影响,进而获得箭体质心位置附近的视加速度信号,参与实时减载控制。仿真验证了该控制方法可以有效降低运载火箭的气动载荷,提高了运载火箭在高空风区域飞行的适应能力。     

运载火箭飞行载荷联合优化控制技术

为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题，提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束，提高发射概率为目标，多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计，可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例，该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。     

运载火箭的一种自适应姿态开环减载控制技术

针对运载火箭在高空风区域飞行时的减载需求,提出了一种自适应姿态开环减载控制技术。此减载控制系统采用加速度计测量火箭箭体的法向与横向视加速度,采用速率陀螺测量箭体绕质心转动角速度。设计了一种门限自动切换判别结构,使控制系统能够自动从传统纯姿态控制切换到姿态开环减载控制。当火箭遭遇到很大高空风时,控制系统姿态回路开环,俯仰通道和偏航通道分别跟踪零法向、横向视加速度指令,使火箭转到来流方向,实现减小气动载荷的目的。以某型运载火箭为例对比了几种控制方案的减载效果,仿真结果表明自适应姿态开环减载控制有效提高运载火箭减载效果,具有工程应用价值。     

运载火箭加速度计反馈主动减载实施效果评价

针对运载火箭加速度计反馈主动减载实施效果评价，提出一种基于主动减载姿态动力学稳态分析的评价方法，在传统的“载荷侧滑角”评价指标基础上增加了“姿态偏差”、“摆角需求”和“弹道偏离”评价。稳态分析中考虑了结构干扰的偏置效应以及质心运动对风的抵消效应，重点推导了风切变对于火箭姿态动力学特征参数的影响机理。某型号案例分析结果表明，在典型“平稳风+切变风”风场作用下，主动减载技术在4项评价指标上均取得理想实施效果，并且显著缓解风切变导致的姿态参数快变现象。     

空射运载火箭点火姿态对运载能力影响的研究

相对于地面垂直发射运载火箭,空射运载火箭具有点火姿态可变的优点,不同的点火姿态对火箭的飞行弹道有显著影响,从而引起运载能力的变化.本文采用一个适用于空中发射的飞行程序角,在不同的点火俯仰角下对空射运载火箭的飞行弹道进行了优化,并对得出的优化结果进行了比较分析.研究结果表明,倾斜点火的方案既能避免大攻角飞行造成的载荷问题,又能提高运载能力.     

星载柔性可卷天线固有频率提升方法研究

柔性可卷天线是以卷曲方式收拢的新型可展天线,由于空间环境的复杂性,天线的动力学特性将直接影响其形状保持与形面精度,进而影响卫星的通信。针对天线展开后刚度不足的问题,采用有限元方法分析了天线的前两阶模态,对应的振型是阵面与伸展臂的耦合振动。为提升前两阶模态频率,从天线各组成部分的几何尺寸、材料等方面改变天线结构,发现天线整体的固有频率与伸展臂的刚度近似成线性关系,随柔性阵面的质量增大而降低。为此,结构加强的重点应放在伸展臂上,并优先选择轻质的阵面。此外,为避免悬臂式结构布局,提出了两种拉索设计方案,比较了拉索预紧力、拉索刚度对固有频率的影响,采用刚度足够大的拉索可使天线的固有频率提升至2Hz以上。     

文献《Atlas V Development—Overview of Dynamics Testing》点评

文章对《Atlas V运载火箭的研发——动力学试验概况》一文的技术内容进行了较全面的阐述,对Atlas V研制过程中所涉及的降低发射风险的系统工程方法,减少起飞振动方面的技术工作、声载荷及声环境的试验验证方法,模态和刚度试验技术及动力学试验计划纲要等动力学环境试验内容与特点进行了较为详细的分析与点评,并在此基础上提出了利用混响室激励方法开展全尺寸运载火箭模态试验的建议。     

重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构一体化拓扑优化设计

运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联合最优传力路径分析及结构优化设计。考虑变形、质量、设计空间、制造约束等设计要求,以整体刚度最大化为目标...     

载荷—火箭分离导向机构参数设计及动力学分析

针对载荷—火箭分离中易碰撞以及载荷部姿态的问题,以多体系统动力学理论为基础,在ADAMS中建立了针对一种新型分离导向机构的载荷—火箭分离虚拟样机模型,分别就分离导向机构支柱刚度、高度、滚轮与载荷部之间预载对分离结果的影响进行了计算分析。结果表明：刚度与高度的取值越大,分离过程中的分离最小间隙就越大,越有利于火箭与载荷部的成功分离;预载主要影响载荷部的姿态。基于此结果,设计了一套分离导向机构的匹配参数,并结合姿态控制律,利用ADAMS与Simulink软件包进行联合仿真,校验了这套设计参数可以保证火箭与载荷部的正常分离,姿控系统可以纠正载荷部的姿态偏差。本文采用的研究方法以及所获得的结论对采用该形式分离导向装置的载荷—火箭分离问题具有普适性。     

运载火箭主动段自适应增广控制

针对运载火箭上升段在复杂飞行环境、大不确定性干扰和振动等因素的影响下，传统PID控制方法难以满足高品质控制需求的问题，进行了自适应增广控制(AAC)方法研究，以实现对运载火箭姿态的精确控制。在深入分析自适应增广控制系统整体构架的基础上，通过标称PID控制器设计与基于粒子群优化(PSO)的数字滤波器设计实现了刚体控制及对弹性振动的抑制；继而针对大范围干扰、不确定性和由于滤波器切换产生的弹性振动影响，设计了在线调整算法自适应调节PID控制增益，并对其工作机理与参数设计原则进行研究；然后设计干扰补偿回路和主动减载回路以减小内外扰动、弹性振动和风载荷影响；最后在弹性振动、风干扰和参数不确定性等因素同时作用的状态下进行仿真分析，验证了自适应增广控制系统能够有效应对运载火箭主动段复杂飞行环境的影响，大幅度提升综合控制性能，具有理论研究意义与工程应用价值。     

固液捆绑运载火箭测试发射特点及展望

长征六号甲是我国首型采用固液捆绑构型的中型低温动力运载火箭,文章简单介绍了该型火箭测试发射任务执行基本情况,总结分析了火箭在发射场执行测试发射任务的技术特点、流程特点、任务保障特点及应对措施。提出基于固液捆绑火箭的快速测试发射技术发展方向,分析了火箭新技术应用、测试发射流程优化、发射场能力建设等方面的发展需求,为型号研制工作及发射场测试发射能力提升提供有益参考。     

中国运载火箭测试发射模式发展思路研究

运载火箭的测试发射模式对火箭和发射场总体方案起着重要作用,目前各国常用的测发模式主要有一平两垂、三垂和三平模式。研究和总结国内外运载火箭测发模式及其特点,从任务适应性、环境适应性、可靠性和安全性、经济性这4个指标中细化出13项影响因素,在此基础上开展了3种测发模式影响因素对比分析。结合我国发射场环境地质条件和现有建设条件,提出一种运载火箭测发模式定量分析方法,完成了我国小型、中型、大型及重型运载火箭在现有4个发射场最优测发模式分析,为我国运载火箭未来测发模式发展提供重要参考。     

中国航天进入无人航天与载人航天相结合的新时期——“十五”计划期间中国航天发射情况述评

回顾了“十五”计划期间中国的航天发射情况，比较了各五年计划期间中国的航天发射情况，讨论了“十五”计划期间中国航天发射的特点。     

舰载导弹的共架发射

介绍了舰载导弹共架发射技术的发展过程。在论述了美国MK-41舰载共架垂直发射装置特点的基础上，分析了舰载导弹共架发射技术的特点。最后，根据国外的发展经验，提出了发展我国舰载导弹共架发射技术的建议。     

关于重型运载火箭若干问题的思考

重型运载火箭涉及众多关键技术,研制难度大,研制周期长。针对重型运载火箭研制过程中的几个问题进行了思考,包括动力类型选择、重型火箭模态试验、动力系统试车、测发模式以及产业基地布局与建设等方面,提出重型运载火箭后续研制过程中的技术难点以及应对措施设想。     

中国运载火箭地面系统发展方向研究

地面系统用于支持和保障火箭的发射与试验,对火箭的使用性能、发射能力、发射场配置及工作流程等有重要的影响。调研了国外运载火箭地面系统发展现状,总结了国外运载火箭地面系统发展趋势。从快速发射、简易发射、安全发射、自动发射和通用发射等方面提出了地面系统发展思路和主要关键技术,为我国后续运载火箭地面系统发展提供参考。     

Launch cost reduction by the reuse of the core stage of Ariane 5

The high cost of launching payloads into Earth orbit is a main limiting factor on the development of space. In order to reduce the high cost of launch, reuse of (parts of) the launch vehicle is needed. This study analyses the possibilities of recovering and reusing the core stage of Ariane 5. Recovery of the core stage sets demands on re-entry trajectory, attitude, stability, thermal protection, structural strength, terminal deceleration, salt water protection, recovery and refurbishment. All these subject areas require solutions to their individual problems. Added subsystems to the stage are defined and their mass is determined. These masses are used to determine the financial feasibility of the recovery concept, by weighing the payload demise and operational cost against the gains of reduced production cost. It is concluded that the recovery is technologically feasible, using a detachable ablative heat shield on the nose of the stage and a stabilisation device (an inflatable drag cone), a parachute system and an engine enclosure device. Total mass of these systems is 1320 kg, with financial savings amounting to $8.5 million per flight.     

大型低温液体火箭“零窗口”发射技术

我国大型低温液体运载火箭组成系统多、各系统耦合关联程度大、射前流程复杂，实现“零窗口”发射难度大。基于大型低温液体运载火箭的系统特点和射前约束条件，提出了实现“零窗口”发射的技术方案。通过能力挖潜主动拓展了任务故障适应性和窗口宽度，并辅以科学的测试发射策略，将技术和流程相结合，共同实现大型低温运载火箭“零窗口”发射目标。这对全面提升大型运载火箭和发射场“零窗口”发射能力、适应未来航天发展需求具有十分重要的意义。     

运载火箭测发控网络设计

运载火箭测试发射控制系统对数据处理能力、数据通信能力的要求越来越高。本文采用最新的网络通信技术,结合CZ-3A运载火箭测发控网络的实际设计需求和设计原则,概要介绍了运载火箭测发控网络的特点,着重从测发控网络的拓扑结构、双网卡捆绑技术、静态路由技术等五方面详细阐述了测发控网络的设计,最后通过测发控网络的功能测试验证了该设计的可靠性和先进性。     

战术导弹垂直发射系统的现状及发展趋势

介绍了垂直发射装置通用化、箱式化和模块化的总体特征。详细论述了国外现役8种类型的垂直发射系统，根据基本结构特点将垂直发射装置分为模块式结构、独立布置的分离式结构和旋转式结构，另依据发射动力将垂直发射装置分为热发射和冷发射。以热发射的同心筒式结构和冷发射采用的大倾角、模块化设计为例．分析了垂直发射装置的发展趋势。