新一代运载火箭姿态控制技术

开展了新一代运载火箭姿态控制设计技术研究,推导了工程适用的姿态动力学模型,基于牛顿-欧拉法建立了刚体质心和绕质心运动方程、液体晃动方程,基于有限元方法建立了火箭弹性振动方程,弹性运动方程基于空间模态,反映了横向、纵向、扭转与助推器局部模态对火箭的姿态与载荷的影响.基于空间模态的姿态动力学模型研究了姿控系统设计方法,给出了工程适用的姿控系统设计方法.开展了容错重构技术研究,分析了伺服机构故障对姿控系统的影响,为提高运载火箭的飞行可靠性和抗故障能力奠定了基础.对主动减载技术进行了研究,能够对高空风产生的气动载荷进行主动抑制,放宽了发射条件,对新一代捆绑运载火箭姿控系统的设计具有重要的借鉴意义.     

捆绑火箭气动载荷分布不确定性分析

针对带捆绑火箭气动载荷分布受飞行状态及本身外形参数变化影响存在波动的现象,提出了依据多项式混沌理论对捆绑火箭气动载荷分布特征进行全局灵敏度分析及不确定性量化的方法,并以两助推构型火箭为例对所提方法进行验证。首先,提出了捆绑火箭气动载荷分布不确定性分析的方法,并给出仿真分析流程。其次,以两助推构型火箭为例对所提方法进行验证,建立火箭气动外形参数化模型,验证气动特性分析结果。最后,对该模型开展影响因素灵敏度分析及载荷分布不确定性分析,得到了不同因素的影响程度,以及气动轴力和法向力的不确定性分布形式,分析了流场流动情况及气动载荷波动的主要原因。分析结果为捆绑火箭气动载荷波动控制提供了一定参考,通过定量描述气动载荷分布不确定性,可以有效降低安全系数冗余,为开展精确结构设计提供依据。      

高空风对大型客机航线性能的量化影响

高空风会影响大型客机航线飞行的油耗和飞行时间。本文提出了一种计算高空风对航线性能量化影响的方法,并分析了高空风对航线性能的量化影响。建立了有风条件下飞机的飞行仿真模型,提出了针对飞机航线飞行的驾驶员建模方法,基于"驾驶员-飞机"闭环数字虚拟飞行仿真方法,提出了一种计算高空风条件下飞机航线性能的方法。对算例飞机在典型航线下的油耗、飞行距离、飞行时间进行了计算与分析。结果表明:在飞行距离相同时,顺风可以减少飞机的航线飞行时间并降低油耗,逆风会增加飞机的航线飞行时间并增加油耗;由于高空风的影响,部分航线往返飞行时,油耗和飞行时间相差较大;对于部分远程航线,由于高空风的影响,为满足最大起飞重量限制,飞机需要减小商载以装载更多燃油,确保能够飞抵目的机场。     

长征十一号火箭弯弓射苍穹

<正>9月25日9点41分,我国长征系列运载火箭家族第一型固体运载火箭、我国新一代运载火箭中唯一一型固体火箭——长征十一号固体运载火箭,在酒泉卫星发射中心拔地而起,运送浦江一号和另外3颗微小卫星奔向太空。这4颗卫星主要用于开展航天新技术、新体制、新产品等空间试验。随着星箭成功分离,长征十一号火箭将4颗卫星顺利运送至预定轨道。这是长征系列运载火箭的第211次飞行,也是我国新一代运载火箭第二次飞行。这次飞行与新一代运载火箭的"首秀型号"——长征六号火箭的首飞     

印度重型火箭试射成功

<正>北京时间2014年12月18日中午12时,印度GSLV MK III重型运载火箭发射升空,这是该型火箭的首次发射。不过和多数新型运载火箭不同,GSLV MK III火箭的首次发射中,火箭第二级是配重,火箭最高飞行速度也只有约5千米/秒,属于典型的亚轨道飞行,因此印度空间研究组织将其称之为LVM3-X任务。LVM3-X任务还决定将未来载人飞船的返回舱作为载荷     

美国

正维珍轨道空射型小运载首飞失败5月25日,维珍轨道公司的空射型小型运载火箭"运载器一号"由从加州莫哈韦航空航天港起飞的波音747载机携带到高空进行了任务代号为"发射验证"的首次发射,但以失败告终。火箭由载机投放后,火箭一级"牛顿三号"发动机实现了点火工作,但火箭随后在一级飞行初期发生异常,任务即告终止。载机和飞行机组安全返回基地。机上乘有4人,其中两人为飞机乘组,另两人为火箭工程师。     

长征五号火箭第三飞圆满成功

正2019年12月27日20时45分,在中国文昌航天发射场震天动地的轰鸣声中,我国最大运载能力的火箭长征五号托举最重卫星、东方红五号卫星公用平台首飞试验星——实践二十号飞向太空,飞行2247秒之后将卫星送入预定轨道。至此,长征系列运载火箭圆满完成第323次飞行,中国航天2019年宇航任务以一出"重头戏"完美收官。据长五火箭总设计师李东介绍,作为我国新一代运载火箭中的"大力士",长五火箭总长约57米,堪比20层楼高;火箭起飞质量约870吨,起飞推力约1078吨,具备将25吨级的航天器发射到近地轨道、将14吨     

长征三号乙托举“三姑娘”精确入轨

<正>2013年12月2日1时30分,长征三号乙运载火箭成功将嫦娥三号月球探测器发射升空,长征三号乙运载火箭飞行19分钟后,器箭分离,嫦娥三号顺利进入地月转移轨道,踏上赴月之旅。这是长征系列火箭的第186次发射,长征三号乙火箭的第25次发射。与发射嫦娥二号卫星火箭相比,此次发射的火箭进行了多项技术状态更改,突破了多项关键技术,进一步提高了可     

20年磨一“箭”,俄罗斯“安加拉”首次成功试飞

＂安加拉＂火箭是苏联解体后由俄罗斯单独研制的首个商业发射用途的火箭,其命名也是源自于西伯利亚东南部的安加拉河。2014年7月9日,安加拉-1.2（Angara-1.2PP,PP代表首次发射）运载火箭在普列谢茨克发射场（Plesetsk Cosmodrome）成功发射升空。约4min后,火箭第一级分离,落入伯朝拉海域,随后第二级点火分离、整流罩脱离。发射21min后第二级火箭落入堪察加半岛上的指定区域,试射成功。此次试射中仅进行第一级火箭试验,其第二级火箭和载荷均为配重,火箭仅进行亚轨道飞行。安加拉-1.2的成功试验飞行为未来＂安加拉＂系列火箭启动运行铺平道路,＂安加拉＂火箭或将成为俄罗斯未来的主力运载火箭。     

以色列正在研制小型商用运载火箭

以色列飞机工业公司披露,以色列正在研制发射小型卫星用的商用运载火箭。这种小型商用运载火箭源于以色列军用火箭“沙维特”,沙维特火箭曾于1988年和1990年发射了以色列的“地平线”1号和2号卫星,今年底将发射“地平线”3号卫星。新研制的运载火箭有4级,其中3级是固体火箭,上面级是液体火箭,使用双组元燃料。该火箭高20米,重30吨。第1级用游动发动机控制飞行方向,第2、第3级用气体喷射制导,第4级火箭用于保证最后推力和有效载荷姿态控制。     

基于自抗扰的运载火箭主动减载控制技术

针对运载火箭穿越大风区的减载控制技术进行研究,首先对攻角反馈和加表反馈2种减载技术进行理论研究和仿真分析,得出2种方案对火箭减载都存在一定的局限性。因此引入自抗扰控制器(ADRC)技术并针对飞行减载控制对其进行改进,一方面通过状态观测器将误差补偿引入自抗扰回路;另一方面改进了自抗扰控制器中的控制律,并推导证明了新的控制律下自抗扰控制器抑制风载干扰的能力,给出了控制方程中增益的选择方法。最后以某型液体运载火箭为例在考虑其弹性振动和液体晃动条件下对比了几种方案的减载效果,仿真结果表明改进后的自抗扰控制器使飞控系统抗干扰能力增强,增大了控制律中增益选择范围,有效提高了运载火箭的减载效果,具有很强的工程应用价值。      

基于空间分层组合设计的火箭落点实时计算模型

为保证航天发射任务航区安全,实现火箭落点的高精度实时快速计算,提出一种基于空间分层的数学模型,对落点计算几何模型与动力学模型进行组合设计.该模型将弹道空间分层为自由段和再入段,自由段采用地球扁率修正的落点计算几何椭圆模型,而再入段采用考虑了空气阻力的动力学模型,并加入地球摄动及旋转等因素的修正.经与实际落点数据对比验证,该模型实现了精度和效率的最佳融合,能够满足航天发射任务火箭落点高精度、快实时的计算要求.      

固体火箭发动机成本与性能双目标优化设计

为求解某运载火箭上面级固体推进剂火箭发动机多属性价值优化问题,建立了发动机主要部件的参数成本模型,研究了一种改进的Pareto多目标遗传算法--IPGA算法,测试函数的计算结果表明,该算法收敛性优于NSGA-Ⅱ算法.以运载火箭末速度增量最大和发动机制造成本最低作为目标函数,采用IPGA计算得到了壳体材料分别为APMOC和碳纤维时的Pareto非劣解集,采用理想点法得到非劣解集中费效比变化的拐点,计算结果表明,以该点为满意解设计方案可以使该运载火箭的有效载荷提高7.6%,并使发动机的成本降低.     

反战术弹道导弹总体优化设计研究

应用求解非线性规划问题的直接方法,针对一种典型的目标弹道(1000km),对一种方案反战术弹道导弹进行了总体参数优化设计研究.研究中考虑了:发动机特性参数的变化;导引头侧窗口对交汇角的限制;烧蚀问题所引起的对最大马赫数Ma_max的限制和末速的限制;导弹发射时机的选择;导弹的初始弹道角的选择;其它(如最大过载和最大攻角的限制及重力补偿等).研究的目的是在考虑满足各种限制的条件下,通过选择各主要参数,使拦截区最大.结果表明,通过采用混合火箭发动机方案可扩大导弹的作战空域,同时满足采用侧窗导引头所带来的限制条件.      

满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法研究

某些空间载荷会对入轨精度和入轨姿态同时提出很高的要求,应用于运载火箭控制系统的摄动制导方法的入轨精度无法满足要求,而传统的迭代制导方法无法约束终端的入轨姿态。为此提出了一种满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法,该方法通过二次曲线形式规划整个真空段的飞行制导程序角,实时满足位置、速度与终端姿态约束,从而可以使得火箭以期望姿态角实现高精度入轨。算例结果表明,该方法能同时保证高精度的入轨指标和入轨姿态,并能适应偏差状态、约束姿态角变化与轨道根数小幅变化,具有较高的工程应用价值。     

基于DE算法的共轴直升机模型辨识及精度分析

由于共轴直升机特有的旋翼布局引发了上下旋翼间强烈的气动干扰,采用传统的理论分析和风洞试验的方法难以获得适用于共轴直升机控制系统的飞行动力学模型.为此,设计了飞行扫频试验,根据飞行试验数据得到了悬停状态下包含共轴直升机飞行动力学模型耦合特性的非参数频率响应,运用仿生智能计算方法中的微分进化(DE,Differential Evolution)算法拟合频率响应建立了悬停状态下的共轴直升机状态空间模型.利用Cramer-Rao边界和不灵敏度的相关理论进行分析计算,说明辨识得到的参数具有较高的精度和可信度.通过比较辨识模型的输出和实际飞行数据的结果,说明辨识得到的模型能充分反映共轴直升机的飞行动力学特性,可用于飞行品质评估和飞控系统设计.     

火箭空中爆炸冲击波峰值超压预测方法

研究火箭空中爆炸冲击波参数预测方法对于乘员舱的安全评估具有重要意义。为了探究火箭空中爆炸时飞行高度对峰值超压的影响,获取冲击波参数快速预测方法,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对火箭飞行至0~20 km高度爆炸进行了有限元仿真分析。结果表明,作用于乘员舱的冲击波峰值超压随飞行高度的增加而快速减小。火箭空中爆炸冲击波压强衰减系数与飞行高度之间的关系服从二次函数衰减。在此基础上,提出了考虑高度效应的火箭空中爆炸冲击波峰值超压预测公式,可为乘员舱的快速危害性评估以及防护研究提供一定参考。      

基于RLV飞行过程的氢氧发动机参数设计模型

为了考察氢氧发动机参数选择对可重复使用运载器性能的影响,基于氢氧发动机参数建立了可重复使用运载器入轨飞行过程的计算模型,包括运载器运动方程、飞行控制条件和质量模型,研究了发动机混合比对运载器飞行参数和运载器质量的影响规律.在运载器总质量恒定的情况下,随着发动机混合比由4增大到14,推进剂质量和发动机质量先减小后增大,储箱质量减小,三者的综合效果使得有效载荷质量先增大后减小.