专利名称：基于9km轨道的惯性测量装置火箭橇过载试验方法
技术领域：
本发明涉及一种惯性测量装置火箭橇过载试验方法，特别是基于9km轨道的惯性测量装置火箭橇过载试验方法，属于航天试验技术领域。
背景技术：
火箭橇是采用火箭发动机作为动力，沿着专门建造的轨道运行的一种可回收式的试验手段。早在第二次世界大战后，美国、英国、法国和前苏联等国家为了推动导弹武器、航空航天的的发展，相继建造了多种不同类型的试验场，并开展了包括惯性测量装置在内的一些核心部件的火箭橇综合试验工作。随着信息化作战的发展和精确打击的需求，对惯性制导和导航装置在可靠性、实用性和精度等方面提出了更高的要求，为此西方军事强国对火箭橇测试试验陆续展开。
美国是世界火箭橇试验技术最为成熟的国家，试验研究起身最早、应用最广、发展最快，每年试验200多次，航空救生只占8%，航天导航制导等占90%以上。从上世纪四十年代到七十年代，先后建造了多种不同类型的火箭橇试验轨道多达25条，并以霍洛曼高速测试火箭橇为基础建立了中央惯性制导试验室，专项研究制导、导航、辅助导航和空间定位及系统级领域的专业测试技术，火箭橇试验为美国惯性测量装置精度的提高起了巨大的作用。从1960年至今，仅霍洛曼火箭橇试验基地共进行试验多达500余次，在主要试验洲际战略武器、洲际战术武器、载人空天飞行器、运载火箭的基础上还承担了飞机、舰船等导航设备的试验。火箭橇由于其大推力，高过载，使其在运行过程中需要受到精确的控制。不但需要精确控制其点火时刻，运行速度以及橇载负荷等问题，而且需要了解试验时空气阻力和轨道摩擦阻力等问题。火箭橇过载试验是惯性测量装置火箭橇试验的核心，也是难点所在。根本目的是使惯性测量装置的误差模型得到充分激励，验证惯性测量装置误差模型在高动态条件下的正确性，能够确定惯性测量装置高次误差项对导航性能的影响，是实现惯性测量装置动态性能验证的最佳途径。目前，我国主要在3km轨道上开展惯性测量装置火箭橇试验，在9km轨道上的过载试验研究还处于空白阶段，因此需要设计一种用于9km轨道上的过载试验方案。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种基于9km轨道的惯性测量装置火箭橇过载试验方法，验证了惯性测量装置的大动态性能，节省了试验准备时间和试验成本。本发明的技术解决方案基于9km轨道的惯性测量装置火箭橇过载试验方法，火箭橇由橇体和发动机组成，发动机安装在橇体的后端，火箭橇橇体的仪器舱内放置惯性测量装置，步骤如下(I)将至少3个发动机安装在橇体的后端，所述至少3个发动机采用三级时序点火方式；(2)试验开始时，一级发动机点火，火箭橇以300m/s以上速度加速运行使惯性测量装置承受12 18g的正向过载，火箭橇运行2秒后，一级发动机熄火，火箭橇橇体受到空气阻力减速运行，使惯性测量装置承受由空气阻力引起的负向过载，火箭橇减速运行13秒-15秒后完成第一级过载试验；(3)火箭橇完成第一级过载试验后，二级发动机点火，火箭橇以300m/s以上速度加速运行使惯性测量装置承受8 IOg的正向过载，火箭橇运行2秒后，二级发动机熄火，火箭橇橇体受到空气阻力减速运行，使惯性测量装置承受由空气阻力引起的负向过载，火箭橇减速运行13秒-15秒后完成第二级过载试验；(4)火箭橇完成第二级过载试验后，三级发动机点火，火箭橇以300m/s以上速度加速运行使惯性测量装置承受6 Sg的正向过载，火箭橇运行5秒后，三级发动机熄火，火箭橇橇体受到空气阻力减速运行，使惯性测量装置承受由空气阻力引起的负向过载，火箭橇减速运行5秒-6秒后采取水刹车制动，使火箭橇橇体承受8-lOg的负向过载直至火箭橇停止，从而完成惯性测量装置火箭橇过载试验。本发明与现有技术相比的优点在于本发明在一次试验过程中提供三次丰富的正、负向过载，在每一次交变过程中，试验开始由发动机点火提供航向过载，产生航向正向加速度，即主动段；当发动机停止工作，火箭橇受到轨道的摩擦阻力和空气阻力，产生航向负向加速度，即自由滑行段；当进入水刹车区域时，火箭橇受到轨道和空气的阻力，同时还受到更大的水刹车力，产生更大的航向负向加速度，使橇体减速并安全回收，为验证惯性测量装置的大动态性能提供了依据，在试验设备不变的前提下，节省了试验准备时间、试验费用、人力物力，保证了试验的有效性和连贯性。
图I为本发明过载试验加速度曲线示意图；图2为本发明过载试验速度曲线示意图；图3为本发明过载试验位置曲线示意图；图4为本发明的发动机时序点火工作示意具体实施例方式火箭橇试验时，根据受力情况，可分为主动段、自由滑行段和水刹车段。建立合理的火箭橇试验动力学方程，方便进行受力分析和仿真模拟。(I)主动段动力学方程主动段即为发动机点火工作，推动火箭橇体沿着轨道滑行，在此过程中由于发动机的大推力会产生大的航向正向过载，提供橇体大动态试验条件。主动段过程中，橇体受到发动机的推力F(t)、空气阻力Z(t)和摩擦阻力f(t)的作用，其动力学方程为= F(t) + Z{t) + f{t)(I) dt其速度微分方程为、
致U + Ι(2)
dt M{t) M(t) M{t)(2)自由滑行段动力学方程自由滑行段就是当发动机工作完毕，火箭橇具有速度，沿着轨道继续向前滑行的过程。由于空气阻力和轨道摩擦阻力，火箭橇受到一个航向负向的力，产生航向负向过载，橇体减速滑行。在此段过程中，火箭橇仅受到空气阻力和摩擦阻力，其动力学方程为M(t)= Z(0 + /(0( 3 )
dt
其速度微分方程为MlU(4)
dt M(t) M(0(3)水刹车段动力学方程水刹车段即为火箭橇自由滑行，进入水刹车区域，水刹车用于保证试验设备和橇体的安全回收，由安装在火箭橇橇体底部的动量互换型水刹车戽斗来实现刹车。水刹车过程中，橇体受到水刹车力、空气阻力和轨道摩擦阻力，产生一个更大的航向负向过载，使橇体减速直至静止。在此过程中，火箭橇受到刹车力、空气阻力和摩擦阻力，其动力学方程为= + +(5) at其速度微分方程为氣遵十虚 + M)(6)
dt M{t) M{t) M(t)在火箭橇高速进入水刹车预置水槽中时，由戽斗的进水口失去定量的静态水，火箭橇将自身的动能转化成水的动能，以此来降低自身的能量，达到减速、刹车的目的。水刹车力表示为Fb (t) = - P wAb (l-rvcos θ ) v (t)(7)其中，P w为水的质量密度，Ab为侵入水中的刹车装置入口截面积，rv为出口速度与入口速度的比值，Θ为水经过的转角。布设水槽如表I所示，水刹车采用分段布设式刹车，在初始段由于速度较大，水深可以较浅，而在末段，速度较小后，为提高刹车力，可以是吃水深度增加，长度更长，且保留水刹车设计余量200m，以确保绝对安全的回收试验设备。表I水刹车具体布设方案
权利要求
1.基于9km轨道的惯性测量装置火箭橇过载试验方法，火箭橇由橇体和发动机组成，发动机安装在橇体的后端，火箭橇橇体的仪器舱内放置惯性测量装置，其特征在于步骤如下 (1)将至少3个发动机安装在橇体的后端，所述至少3个发动机采用三级时序点火方式； (2)试验开始时，一级发动机点火，火箭橇以300m/s以上速度加速运行使惯性测量装置承受12 18g的正向过载，火箭橇运行2秒后，ー级发动机熄火，火箭橇橇体受到空气阻力减速运行，使惯性測量装置承受由空气阻カ引起的负向过载，火箭橇减速运行13秒-15秒后完成第一级过载试验； (3)火箭橇完成第一级过载试验后，ニ级发动机点火，火箭橇以300m/s以上速度加速运行使惯性测量装置承受8 IOg的正向过载，火箭橇运行2秒后，ニ级发动机熄火，火箭 橇橇体受到空气阻カ减速运行，使惯性測量装置承受由空气阻カ引起的负向过载，火箭橇减速运行13秒-15秒后完成第二级过载试验； (4)火箭橇完成第二级过载试验后，三级发动机点火，火箭橇以300m/s以上速度加速运行使惯性测量装置承受6 Sg的正向过载，火箭橇运行5秒后，三级发动机熄火，火箭橇橇体受到空气阻カ减速运行，使惯性測量装置承受由空气阻カ引起的负向过载，火箭橇减速运行5秒-6秒后采取水刹车制动，使火箭橇橇体承受8-lOg的负向过载直至火箭橇停止，从而完成惯性测量装置火箭橇过载试验。
全文摘要
本发明公开了一种基于9km轨道的惯性测量装置火箭橇过载试验方法，该方法在一次试验过程中提供三次丰富的正、负向过载，在每一次交变过程中，试验开始由发动机点火提供航向过载，产生航向正向加速度，即主动段；当发动机停止工作，火箭橇受到轨道的摩擦阻力和空气阻力，产生航向负向加速度，即自由滑行段；当进入水刹车区域时，火箭橇受到轨道和空气的阻力，同时还受到更大的水刹车力，产生更大的航向负向加速度，使橇体减速并安全回收，为验证惯性测量装置的大动态性能提供了依据，在试验设备不变的前提下，节省了试验准备时间、试验费用、人力物力，保证了试验的有效性和连贯性。
文档编号G01C25/00GK102735266SQ201210219169
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者刘建波, 刘生炳, 段宇鹏, 踪华, 陈东生, 魏宗康 申请人:北京航天控制仪器研究所