一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法技术

技术编号：40525587 阅读：6 留言：0更新日期：2024-03-01 13:45

本发明专利技术公开了一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，包括：根据箭体参数及惯组测量信息计算火箭箭体y轴受到的法向力F<subgt;y</subgt;；将所述箭体y轴受到的法向力Fy分解为发动机摆角产生的法向力F<subgt;y</subgt;（δ）和气动法向力F<subgt;y</subgt;（α）；确定所述气动法向力F<subgt;y</subgt;（α）和箭体实际攻角α关系的近似公式；计算所述箭体实际攻角α；根据所述箭体实际攻角α对火箭进行减载控制。本发明专利技术可以有效估算出大风区的风攻角，直接对包含风攻角信息的箭体实际攻角施加控制，实现液体火箭大风区的精确控制及减载控制等技术效果。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行器控制，尤其涉及一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法。

技术介绍

1、液体运载火箭穿越大气层时，受到剧烈变化的切变风的影响，会产生较大的风攻角，若采用传统控制算法，姿态角虽然得到控制，但攻角依然会较大，对姿态控制不利，同时由于攻角大飞行载荷会很大导致箭体结构受损，因此必须加入风攻角减载控制方法。但火箭飞行过程中箭上计算机由箭体速度解算的攻角并不包含风引起的附加攻角信息，而风引起的附加攻角是未知量。

2、目前可以直接测量风攻角信息的设备为攻角表，但其测量值较为不准，且难以跟踪剧烈变化的风攻角变化，将攻角表测量值直接引入火箭控制将带来很大的误差。其他间接测量风攻角的技术手段目前也暂时紧缺，故箭体实际攻角一般是未知量，这给液体运载火箭的精确控制带来一定难度。

3、而传统减载控制除了攻角表之外，还有一种方法是通过单独的加表测量信息进行减载设计，此方法虽然可行，但不如直接用攻角进行减载简单直接，且需要增加单独的加表，实现较为复杂。。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，包括：根据箭体参数及惯组测量信息计算火箭箭体y轴受到的法向力 f y；将所述箭体y轴受到的法向力 f y分解为发动机摆角

2、优选地，所述根据所述箭体实际攻角 α对火箭进行减载控制的控制方程如下：

3、 δ= k0· δ0+ k α· α；其中， δ为伺服摆角需求， δ0为传统比例微分控制算法计算的伺服摆角需求， k0为设计传统控制增益系数， k α为设计攻角控制系数。

4、优选地，所述根据箭体参数及惯组测量信息计算火箭箭体y轴受到的法向力 f y ，计算公式如下：；其中， m为火箭质量，为惯组测量输出的箭体y轴视速度增量， t为控制周期。

5、优选地，所述发动机摆角产生的法向力 f y（ δ）设为约等于0，所述箭体y轴受到的法向力 f y约等于所述气动法向力 f y（ α）。

6、优选地，所述确定所述气动法向力 f y（ α）和箭体实际攻角 α关系的近似公式，所述近似公式如下：；其中，为所述箭体y轴受到的法向力 f y对所述箭体实际攻角 α的导数， q为箭上计算机实时计算的动压， s为火箭气动参考面积。

7、优选地，所述采用如下公式估算：；其中，为火箭在 α=20、 β=00、不同马赫数下的法向力系数，由气动数据表根据马赫数插值得到， ma为箭上计算机实时计算的马赫数。

8、优选地，所述计算所述箭体实际攻角 α的公式如下：。

9、本专利技术具有如下技术效果：（1）本专利技术采用液体运载火箭的惯组测量信息、箭上计算机计算信息及其他箭体信息估算风攻角，较攻角表直接测量攻角准确得多，且可以实时跟踪大风区剧烈变化的风攻角信息。（2）本专利技术估算出风攻角后对攻角进行了控制，比传统控制方法仅控制姿态角精度更高，可适应大风区工况更复杂的飞行。（3）本专利技术通过传统控制增益系数与设计攻角控制系数的协同控制，可同时实现对姿态角、角速度、攻角的精确控制，比传统控制方法更精确、更先进。（4）本专利技术通过惯组测量信息估算风攻角后进行直接减载控制，比传统减载方法减少了攻角表、加表等器件，实现更简单、有效。

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【技术保护点】

1.一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述根据所述箭体实际攻角α对火箭进行减载控制的控制方程如下：

3.根据权利要求1所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述根据箭体参数及惯组测量信息计算火箭箭体y轴受到的法向力Fy ，计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述发动机摆角产生的法向力Fy（δ）设为约等于0，所述箭体y轴受到的法向力Fy约等于所述气动法向力Fy（α）。

5.根据权利要求1至4任一所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述确定所述气动法向力Fy（α）和箭体实际攻角α关系的近似公式，所述近似公式如下：

6.根据权利要求5所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述采用如下公式估算：

7.根据权利要求6所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述计算所述箭体实际攻角α的公式如下：</p>...

【技术特征摘要】

1.一种基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述根据所述箭体实际攻角α对火箭进行减载控制的控制方程如下：

3.根据权利要求1所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述根据箭体参数及惯组测量信息计算火箭箭体y轴受到的法向力fy ，计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的基于风攻角估算的液体火箭减载控制方法，其特征在于，所述发动机摆角产生的法向力f...

【专利技术属性】
技术研发人员：董佩超，孙目，赵金栋，
申请(专利权)人：北京万户致航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人