一种液体火箭三发动机摆动布局方法及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种液体火箭三发动机摆动布局方法及控制方法，三个发动机沿周向布设，第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角为130

【技术实现步骤摘要】
一种液体火箭三发动机摆动布局方法及控制方法


[0001]本专利技术飞行器设计
，尤其涉及一种液体火箭三发动机摆动布局方法及控制方法。

技术介绍

[0002]液体火箭发动机摆动实现姿态控制时，传统方式一般采取对称布局的方式，其中以单发动机、双发动机、四发动机并联最多。火箭控制系统设计和实现较为复杂，希望俯仰和偏航通道特性一致，因此并没有采用三发动机的布局。
[0003]目前尚无三发动机并联摇摆实现火箭姿态控制的工程实现。

技术实现思路

[0004]为了实现三发动机的布局和控制，本专利技术提供一种液体火箭三发动机摆动布局方法及控制方法，采用三发动机并联的布局，并仅靠三发动机的摆动实现俯仰、偏航、滚转的三通道姿态控制，将之成功运用到某商业液体运载火箭中。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供了一种液体火箭三发动机摆动布局方法，包括：
[0006]三个发动机沿火箭周向布设，第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角θ2为130
°
，第一发动机中心与火箭中心的连线和第二、第三发动机与火箭中心的连线之间的夹角θ1、θ3均为110
°
；每个发动机的摆动方向垂直于该发动机与火箭中心的连线。
[0007]进一步地，三个发动机的结构相同，提供的推力大小相同。
[0008]进一步地，三个发动机独立控制。
[0009]本专利技术另一方面提供一种液体火箭三发动机控制方法，包括：
[0010]三个发动机沿火箭周向布设，第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角θ2为130
°
，第一发动机中心与火箭中心的连线和第二、第三两个发动机与火箭中心的连线之间的夹角θ1、θ3均为110
°
；每个发动机的摆动方向垂直于该发动机与火箭中心的连线；
[0011]根据全箭所需控制力矩计算对应的俯仰摆角偏航摆角δ
ψ
和滚转摆角δ
γ
；
[0012]根据俯仰摆角偏航摆角δ
ψ
和滚转摆角δ
γ
计算所需的三个发动机摆角δ1、δ2、δ3；
[0013]根据三个发动机摆角δ1、δ2、δ3控制对应的发动机。
[0014]进一步地，三个发动机摆角δ1、δ2、δ3采用如下公式确定：
[0015][0016][0017][0018]进一步地，三个发动机的结构相同，提供的推力大小相同。
[0019]进一步地，三个发动机独立控制。
[0020]进一步地，根据全箭所需控制力矩计算对应的俯仰摆角偏航摆角δ
ψ
和滚转摆角δ
γ
包括：
[0021][0022]M
xC
、M
yC
、M
zC
分别为绕箭体x、y、z轴的控制力矩，P为三台发动机总推力，z
r
为滚转控制力臂，L
r
为俯仰、偏航控制力臂。
[0023]进一步地，从火箭后方向前看顺时针方向的摆动方向为正。
[0024]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0025](1)本专利技术采用三发动机并联的布局，并仅靠三发动机的摆动实现俯仰、偏航、滚转的三通道姿态控制，简化了火箭的控制模型，使得控制计算更加简单。
[0026](2)本专利技术相比于四个发动机的布局，结构更加简单，控制也更简单。
[0027](3)本专利技术通过切向摆动的控制，能够获得更大的力和力矩，更有利于飞行控制。
[0028](4)本专利技术通过三个发动机与中心点连线之间不同夹角的布局，能够获得三发动机布局下最大的控制力和力矩，更有利于飞行姿态控制。
附图说明
[0029]图1是三发动机布局示意图；
[0030]图2是控制方法流程图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0032]本专利技术提出一种三发动机摆动布局方法，三发动机摆动布局如图1所示：
[0033]其中第一、第二、第三发动机摆动方向为切向，与发动机和火箭中心的连线垂直方向摆动，组合实现火箭的俯仰、偏航和滚动控制。第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角θ2为130
°
，第一发动机中心与火箭中心的连线和另两个发动机与火箭中心的连线之间的夹角θ1、θ3均为110
°
。
[0034]三个发动机的结构相同，提供的推力大小相同。三个发动机独立控制。
[0035]定义从火箭后方向前看，图1示箭头方向为正，即顺时针摆为正，也可有其他定义，则控制方法的公式中正负号会有变化。
[0036]其控制可表述为三通道摆角与三个发动机摆角的转换公式：
[0037][0038]δ
ψ
＝-δ1+0.4226δ2+0.4226δ3[0039]δ
γ
＝δ1+0.9962δ2+0.9962δ3[0040]进一步推导获得：
[0041][0042][0043][0044]其中，为俯仰摆角，δ
ψ
为偏航摆角，δ
γ
为滚转摆角，δ1为第一发动机摆角，δ2为第二发动机摆角，δ3为第三发动机摆角。
[0045]发动机对全箭的控制力矩为：
[0046][0047]其中，M
xC
、M
yC
、M
zC
分别为绕箭体x、y、z轴的控制力矩，P为三台发动机总推力，z
r
为滚转控制力臂，L
r
为俯仰、偏航控制力臂。
[0048]基于上述分析，可以看出，3个发动机摆角分配存在唯一解，因此控制计算更加便捷。
[0049]本专利技术另一方面提供一种液体火箭三发动机控制方法，结合图2，包括如下步骤：
[0050]飞控计算机根据全箭所需控制力矩计算对应的俯仰摆角偏航摆角δ
ψ
和滚转摆角δ
γ
；
[0051]根据俯仰摆角偏航摆角δ
ψ
和滚转摆角δ
γ
计算所需的三个发动机摆角δ1、δ2、δ3；
[0052]根据三个发动机摆角δ1、δ2、δ3控制三个发动机，包括：
[0053][0054]综上所述，本专利技术涉及一种液体火箭三发动机摆动布局方法及控制方法，三个发动机沿周向布设，第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角θ2为130
°
，第一中心与火箭中心的连线和另两个发动机与火箭中心的连线之间的夹角θ1、θ3均为110
°
；每个发动机的摆动方向垂直于该发动机与火箭中心的连线；根据全箭所需控制力矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体火箭三发动机摆动布局方法，其特征在于，包括：三个发动机沿火箭周向布设，第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角θ2为130
°
，第一发动机中心与火箭中心的连线和第二、第三发动机与火箭中心的连线之间的夹角θ1、θ3均为110
°
；每个发动机的摆动方向垂直于该发动机与火箭中心的连线。2.根据权利要求1所述的液体火箭三发动机摆动布局方法，其特征在于，三个发动机的结构相同，提供的推力大小相同。3.根据权利要求1或2所述的液体火箭三发动机摆动布局方法，其特征在于，三个发动机独立控制。4.一种液体火箭三发动机控制方法，其特征在于，包括：三个发动机沿火箭周向布设，第二、第三发动机中心与火箭中心的连线之间的夹角θ2为130
°
，第一发动机中心与火箭中心的连线和第二、第三两个发动机与火箭中心的连线之间的夹角θ1、θ3均为110
°
；每个发动机的摆动方向垂直于该发动机与火箭中心的连线；根据全箭所需控制力矩计算对应的俯仰摆角偏航摆角δ
ψ
和滚转摆角δ
γ
；根据俯仰摆角偏航摆角δ
ψ

【专利技术属性】
技术研发人员：董佩超，康永来，朱正辉，朱宏亮，虞磊，
申请(专利权)人：北京天兵科技有限公司，
类型：发明
国别省市：