内装式空射火箭射前姿态俯仰通道的复合控制方案的制作方法

本发明涉及火箭姿态控制领域，尤其是在内装式空射火箭姿态控制中运用的一种射前姿态俯仰通道的复合控制方案。

背景技术：

内装式空中发射运载火箭具有发射隐蔽、有效载荷适应性强、机体改装要求低等特点，是最具军事应用潜力的空中应急发射方式。研究表明，内装式空射火箭点火姿态的调整，直接决定着有效载荷的发射成败与入轨精度，因此需要采用辅助姿态稳定的控制手段，以获得合适的点火时机。在对当前内装式空中发射运载火箭射前姿态的单一控制方法和“稳定伞+”控制方法分别进行了详细的研究后发现，这些方法虽均能达到姿态调整的目的，但存在稳定性差，控制效率低，抗干扰能力不足等问题。而俯仰通道是射前姿态控制中最主要的控制通道，对俯仰通道进行复合控制研究能有针对性地解决射前姿态控制中的关键点。

弹(箭)体姿态的复合控制方法在导弹及可重复使用运载器上已有成熟运用，但在空射火箭领域，尚无研究先例。本发明提出了一种栅格舵与rcs相组合的复合控制实现方法，可通过连续气动力和离散直接力的共同作用，形成闭环控制，从而提高空中发射运载火箭的控制效率和控制精度，提升在空中不确定干扰下的稳定性。

在现有技术中，如美国quickreach使用的稳定伞控制方法，以及日本alset计划中提出的“稳定伞+”控制方法，由于是都用到了稳定伞，因此对箭体的高度以及速度损失相对很大，从而减小了空中发射中载机作为第一级的作用。同时，由于这两种方式都属于开环控制，尽管能够大致实现控制目的，但控制精度较低，且抗干扰能力差。而这类方案中的控制力均由绳索来传递，这会导致控制效率低和控制精度差，且在进行仿真研究时，模型建立过程复杂，存在较大难度；而由西工大提出的反作用力控制方法，虽然能解决稳定伞控制方法中所涉及的问题，但需要单独设计复杂的rcs装置来实现对箭体的控制，同时单纯rcs的控制能力能否满足控制要求也存在较大疑问，且这种方式的气动环境更为复杂。

现有技术中，rcs控制方法，是闭环主动控制，相比于被动的稳定伞控制方式有抗干扰能力强的优势，而栅格舵在导弹以及小火箭回收等场合中已有成熟应用。本发明采用栅格舵和侧喷装置组合的气动力/直接力复合控制方式来对箭体的射前姿态进行调整。其中栅格舵能降低对侧喷装置的燃料使用，同时改善箭体的气动特性，尽可能减少箭体的高度速度损失。侧喷装置由卫星载荷的姿控发动机组成，能利用直接力控制的特点和优势来提升系统的主动性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种内装式空射火箭的射前姿态俯仰通道的复合控制方案，提供闭环的主动控制，在与载机保持安全距离前提下，快速使箭体调整至良好的点火姿态。同时，在高空复杂环境中，可以实现抗干扰控制，减少箭体的高度速度损失，提升控制精度和控制效率。

本发明的基本思路是在利用栅格舵对空射火箭射前姿态的俯仰通道进行主控，在栅格舵出现控制饱和时，由侧喷装置介入控制，提供相应的直接控制力，从而实现射前姿态的快速主动控制。

为实现上述目的，本发明设计的内装式空射火箭的射前姿态俯仰通道的复合控制方案步骤如下所示：

(1)载机分离前，将弧面栅格舵装配在箭体上，舵面1、3在上下两个位置，舵面2、4在左右两个位置，同时舵面与箭体贴合，有利于箭体出舱。

(2)箭机分离后，栅格舵在舵机和气动力共同作用下通过后张方式快速展开工作。同时，利用舵机产生合适舵偏角使舵面受到相应的气动力，从而在俯仰通道对箭体产生控制力矩。

(3)各舵面在调整过程中，舵面1、3在栅格舵垂直箭体纵轴的平面内前后摆动，舵面2、4绕舵面对称轴自由旋转，且在控制调整过程中，四个舵面始终处于平行平面。

(4)在下落过程中，当栅格舵受限于控制能力，出现控制饱和而无法提供足够的控制力矩时，侧喷装置开始工作，为箭体提供直接俯仰力矩。

(5)在此控制实现过程中，利用箭上设备对箭体状态进行判断，当栅格舵提供的控制量不能满足控制要求时，则开启侧喷装置。反之，则侧喷装置不工作。

(6)在高空复杂干扰环境下，通过栅格舵与侧喷装置的共同作用，减少高度速度损失控制，同时对俯仰角和俯仰角速度实现闭环主动控制。

(7)完成射前姿态控制后，火箭在预定姿态下点火发射，此时箭体依旧处于下落状态，气动力有利于将栅格舵快速向上收起，再次与箭体贴合。

本发明针对内装式空射火箭的射前姿态控制方案的优点在于：为内装式空射火箭的提供了一种射前姿态俯仰通道的复合控制方案。设计了“栅格舵+rcs”的复合控制方法，通过对空中发射运载火箭射前姿态的主动控制，提升姿态控制的抗干扰能力。设计了“十”字布局栅格舵的舵机转动方式，通过对栅格舵的平行平面控制，在箭体俯仰通道产生气动控制力矩。同时，卫星载荷的姿控发动机作为侧喷装置参与辅助控制，与气动力复合，当栅格舵控制能力饱和时，侧喷装置工作，在俯仰通道提供直接力控制力矩。通过栅格翼与侧喷装置的配合控制，减少箭体的高度速度损失，使其合理的高度与位置时，达到最佳的预定点火姿态，避免了稳定伞以及“稳定伞+”控制方式精度不足以及高度速度损失大的缺陷。

附图说明

图1是本发明中栅格舵装配位置示意图。

图2是本发明中栅格舵摆动示意图。

图3是本发明中侧喷装置布局示意图。

图4是本发明中不同舵偏角下栅格舵的状态示意图。