CN108332619A - 一种空间智能姿控飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种空间智能姿控飞行器,该飞行器包括用于为其他各舱设备供电的电源舱、装载载荷设备的载荷舱、发动机舱和根据任务需求和飞行器的姿态,通过发动机舱的发动机开关,实现飞行器的滚转、偏航、俯仰的姿态控制的控制组合舱,载荷舱、控制组合舱、发动机舱、电源舱沿飞行器轴向从飞行器头部至飞行器尾部串联连接,其中,发动机舱无舱壳,其发动机直接裸露在外。本发明采用模块化和平台设计思路,实现了装置的小型化和通用化以及高可靠性。

Description

一种空间智能姿控飞行器
技术领域
本发明涉及一种一种空间智能姿控飞行器,该飞行器用于空间目标特性测量,空间目标探测、观察、搜索、跟踪瞄准或精确打击等。属于空间探测与突防技术领域。
背景技术
通常,为了对空间目标等的探测、目标特性观察、搜索、跟踪瞄准或精确打击等,采用比较大型的姿轨控一体化空间平台,如卫星平台、较大型空间飞行器等,这种平台尺寸大、质量大,成本高,不利于推广应用。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,设计一种空间智能姿控飞行器,实现飞行器自身姿态的精确控制,同时,通过模块化设计,方便扩展飞行器的用途。
本发明的技术解决方案是:一种空间智能姿控飞行器,该飞行器包括用于为其他各舱设备供电的电源舱、装载载荷设备的载荷舱、发动机舱和根据任务需求和飞行器的姿态,通过发动机舱的发动机开关,实现飞行器的滚转、偏航、俯仰的姿态控制的控制组合舱,载荷舱、控制组合舱、发动机舱、电源舱沿飞行器轴向从飞行器头部至飞行器尾部串联连接,其中,发动机舱无舱壳,其发动机直接裸露在外。
所述发动机舱包括六个发动机,六个发动机推力线在同一个平面内,构成推力面,推力面偏离质心,垂直于飞行器轴线,与控制组合舱的远离飞行器头部一端的端面和电源舱靠近飞行器头部一端的端面平行并且间距相等,与控制组合舱的边界避开所有发动机喷管羽流边界。
所述发动机舱六个发动机分为两组,对称分布在飞行器轴线两侧,每组包括第一发动机、第二发动机、第三发动机,第一发动机和第三发动机背对背安装,其推力线与飞行器横截面切线方向平行,第二发动机沿飞行器横截面径向方向安装,第二发动机推力线与飞行器轴线相交,且垂直于飞行器轴线。
所述电源舱、载荷舱、发动机舱通过平台电缆连接;所述载荷舱和控制组合舱通过载荷电缆连接。
所述载荷舱和控制组合舱通过电连接器的插头和插座进行电气连接。
所述电源舱包括电池,所述电池采用热电池。
所述热电池的外壳按照电源舱外壳要求设计,直接用作电源舱舱体外壳。
相邻舱段结构从外部连接。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)、本发明沿飞行器轴向从飞行器头部至飞行器尾部按照载荷舱(4)、控制组合舱3、发动机舱(2)和电源舱(1)的顺序串连接,载荷置于飞行器接近头部的位置,一方面,便于载荷工作,另一方面,便于载荷换装。电源舱布置在靠近飞行器尾端,也方便更换不同规格的电池,扩展飞行器的应用。
(2)、本发明电源舱采用一体化设计原则,所述热电池的外壳按照电源舱外壳要求设计,直接用作电源舱,实现小型化与轻质化的目的;
(3)、本发明电气接口清晰,产品可靠性得到提高,同时便于装配和排故;
(4)、本发明与惯性空间飞行器相比,具有自主姿控能力;与姿轨控一体化飞行器平台相比较,具有小型化的优势。
附图说明
图1为本发明实施例小型空间智能姿控飞行器总体结构图;
图中:1电源舱2发动机舱3控制组合舱4载荷舱
图2为本发明实施例发动机组布局(垂直圆心为飞行器轴线方向);
图3为本发明实施例电气布置图;
X1母舱(弹上)接口,X2电池接口,X3发动机组供电口,X4发动机组启动口,X5发动机组控制指令口,X6姿控平台控制口,X7载荷控制口,X8载荷通信口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明为小型空间智能姿控飞行器,采用模块化和平台设计思路,实现了装置的小型化和通用化以及高可靠性。
1、结构组成及工作原理说明
小型空间智能姿控飞行器设计为细长的圆柱形结构,如图1所示。细长比约为2:7。圆柱状外形结构,便于发射筒内安装和发射。飞行器整体布局设计为模块化的结构形式,整个飞行器包括电源舱1、发动机舱2和控制组合舱3和载荷舱4。各模块沿飞行器轴向从飞行器头部至飞行器尾部采用轴向串联的方式进行连接,便于连接和换装。载荷舱4放置于靠近飞行器头部一端,往后依次为控制组合舱3、发动机舱2、电源舱1,三者构成智能姿控平台。相邻舱段结构从外部连接。
载荷舱4具备装载载荷设备的功能。将载荷置于飞行器接近头部的位置,一方面,便于载荷工作,另一方面,便于载荷换装。
控制组合舱3是飞行器的大脑,各模块的控制以及供电管理均由控制组合舱3实现。控制组合舱含控制计算模块和姿态敏感模块。姿态敏感模块可根据任务不同,选用不同精度的陀螺传感器。载荷舱4将其获得的信息反馈给控制组合舱3,控制组合舱3经分析计算,进行相应姿态控制,实现智能控制的目的。根据任务需求和飞行器的姿态,通过发动机舱2的发动机开关,实现飞行器的滚转、偏航、俯仰的姿态控制。
发动机舱2是姿态控制的执行机构。所述发动机舱2包括六个发动机,六个发动机推力线在同一个平面内,构成推力面,推力面偏离质心,垂直于飞行器轴线,与控制组合舱3的远离飞行器头部一端的端面和电源舱靠近飞行器头部一端的端面平行并且间距相等,与控制组合舱3的边界避开所有发动机喷管羽流边界。所述发动机舱2六个发动机分为两组,对称分布在飞行器轴线两侧,每组包括第一发动机、第二发动机、第三发动机,第一发动机和第三发动机背对背安装,其推力线与飞行器横截面切线方向平行,第二发动机沿飞行器横截面径向方向安装,第二发动机推力线与飞行器轴线相交,且垂直于飞行器轴线。
当任意一组的第二发动机工作时,控制俯仰方向姿态,两组第一发动机的发动机同时开或者两组第一发动机的发动机同时开控制偏航方向姿态,第一组的第一发动机和第二组的第三发动机同时开或者第二组的第一发动机和第一组的第三发动机同时开,控制滚转方向姿态。通过对这些发动机的控制,小型姿控飞行器可以其质心为中心进行绕圈搜索工作,也可以稳定在某一姿态进行定向观测,还可以锁定目标后,对目标进行跟踪观察、瞄准或者干扰打击等。
为了防止发动机的羽流喷至舱壳上,影响发动机工作,发动机舱设计无外壳,其发动机直接裸露在外。
如图2所示,第一组发动机包括1#、2#、3#发动机,1#4#和3#-6#发动机实现飞行器的滚转运动,2#和5#发动机实现飞行器的偏航运动,1#-6#和3#-4#发动机实现飞行器的俯仰运动。
电源舱1是整个飞行器的能量站,用于为其他各舱设备供电。电源舱1包括电池,所述电池采用热电池。热电池的能量由控制组合舱3统一分配给各模块使用。电源舱采用一体化设计原则,所述热电池的外壳按照电源舱1外壳要求设计,直接用作电源舱,实现小型化与轻质化的目的。将电源舱至于飞行器尾端,可根据不同的任务需求,便于更换不同能量大小的电源舱,还可以有效保护发动机在发射筒内和分离释放过程中受到损伤。
热电池工作时产生大量热量,外壳温度较高。为阻止热电池的热量传递到其他舱体和仪器设备上,影响其他设备工作,对热电池安装采取了隔热设计。热电池与发动机舱之间安装一个隔热垫,从而彻底将热电池与其他舱体之间的热传导途径进行了阻碍,有效的保证了其他设备正常工作。
2、电气连接布置设计
为便于小型空间智能姿控飞行器平台的通用化,本发明对姿控平台各模块的电气连接及平台与载荷之间的电气连接进行优化设计。飞行器电气布置图如图3所示。将模块舱均设计为固定的电连接器,姿控平台使用一平台电缆5将各模块进行电气连接,采用通过载荷电缆6实现载荷与姿控平台之间的连接。X1电连接器与母舱进行连接,母舱通过X1--X2激发电池启动,母舱通过X1--X6给控制组合舱加载相关内容。飞行器各模块供配电及信号控制通过控制组合舱控制,通过X2--X6给控制组合舱供电,通过X6--X3给发动机组供电,通过X7--X8给载荷供电。通过X6--X4、X6--X5分别实现发动机组的启动控制和控制指令通信,通过X7--X8实现对载荷的供电、控制和通信。这种电气布置设计,将载荷与姿控平台的界面划分清晰,便于换装载荷。同时各模块之间通过一根电缆实现电气连接,界面清晰,便于装配和模块换装。
作为进一步的优化方案,为了产品小型化,减小电缆插接占用空间,对控制组合舱与载荷舱之间进行无缆化电气自动对准插接设计。在控制组合舱安装电连接器的插头,在载荷舱上安装电连接器的插座。并在控制组合舱设计两个定位销,定位销的高度高于电连接器,载荷舱上设计两个相应的定位销孔。当载荷舱与控制组合舱进行连接时,两个定位销先于定位销孔对接,对两个舱的连接进行定位,从而保证继续对接过程中,电连接器的插头和插座能够自动对准连接,当两个舱体安装面接触上后,电连接器安装到位,即电连接器插合到位,此时,使用标准紧固件(螺钉)将两个舱连接固定,即实现了两个舱之间结构和电气连接,实现了控制组合舱与载荷舱之间的无缆化电气自动对准插接设计。
该飞行器平台(不含载荷舱)质量约8kg(含电源舱2.8kg),飞行器平台(不含载荷舱)尺寸:Φ180mm×350mm。
小型空间智能姿控飞行器装载在母舱中,由母舱激发电源舱1中的电池,并给控制组合舱3加载相应数据,然后小型空间智能姿控飞行器从母舱分离,飞行器开始工作,按照设定流程进行搜索、观测、跟踪或干扰打击等。
小型空间智能姿控飞行器具有如下优点:
(1)、该小型空间智能姿控飞行器与惯性空间飞行器相比,具有自主姿控能力;与姿轨控一体化飞行器平台相比较,具有小型化的优势。
(2)、飞行器功能模块化设计,电气接口清晰,产品可靠性得到提高,同时便于装配和排故。
(3)、飞行器平台通用性强,可以根据应用需求,便捷的更换载荷舱,实现不同的用途。同时可以根据工作时间和载荷的用电需求,更换不同的电源舱。
本说明书中未进行详细描述的部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种空间智能姿控飞行器,其特征在于:包括用于为其他各舱设备供电的电源舱(1)、装载载荷设备的载荷舱(4)、发动机舱(2)和根据任务需求和飞行器的姿态,通过发动机舱(2)的发动机开关,实现飞行器的滚转、偏航、俯仰的姿态控制的控制组合舱(3),载荷舱(4)、控制组合舱(3)、发动机舱(2)、电源舱(1)沿飞行器轴向从飞行器头部至飞行器尾部串联连接,其中,发动机舱(2)无舱壳,其发动机直接裸露在外。
2.根据权利要求1所述一种空间智能姿控飞行器,其特征在于:所述发动机舱(2)包括六个发动机,六个发动机推力线在同一个平面内,构成推力面,推力面偏离质心,垂直于飞行器轴线,与控制组合舱(3)的远离飞行器头部一端的端面和电源舱靠近飞行器头部一端的端面平行并且间距相等,与控制组合舱(3)的边界避开所有发动机喷管羽流边界。
3.根据权利要求1所述一种空间智能姿控飞行器结构,其特征在于:所述发动机舱(2)六个发动机分为两组,对称分布在飞行器轴线两侧,每组包括第一发动机、第二发动机、第三发动机,第一发动机和第三发动机背对背安装,其推力线与飞行器横截面切线方向平行,第二发动机沿飞行器横截面径向方向安装,第二发动机推力线与飞行器轴线相交,且垂直于飞行器轴线。
4.根据权利要求1所述一种空间智能姿控飞行器结构,其特征在于:所述电源舱(1)、载荷舱(4)、发动机舱(2)通过平台电缆连接;所述载荷舱(4)和控制组合舱(3)通过载荷电缆连接。
5.根据权利要求1所述一种空间智能姿控飞行器结构,其特征在于:所述载荷舱(4)和控制组合舱(3)通过电连接器的插头和插座进行电气连接。
6.根据权利要求1所述一种空间智能姿控飞行器结构,其特征在于:所述电源舱(1)包括电池,所述电池采用热电池。
7.根据权利要求6所述一种空间智能姿控飞行器结构,其特征在于:所述热电池的外壳按照电源舱(1)外壳要求设计,直接用作电源舱(1)舱体外壳。
8.根据权利要求1所述一种空间智能姿控飞行器结构,其特征在于:相邻舱段结构从外部连接。
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