CN109466778A - 一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于弹射救生领域，涉及一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法。通过调整座椅的姿态，使火箭包推力天向总冲量最大化，尽可能提高座椅的运动轨迹；在具备横滚姿态火箭的弹射座椅基础上，增加了一对俯仰火箭，用来提供姿态调整所需的俯仰力矩，通过实时计算火箭包天向分量A、以及A的一阶导数中滚转角速度系数Ccz、俯仰角速度系数Cfy，控制火箭包、横滚火箭、俯仰火箭工作时机，整体上提高了各工况下座椅弹射出舱后的运动轨迹，提升了座椅不利姿态的救生性能。

Description

一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法
技术领域
本发明属于弹射救生领域，涉及一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法。
背景技术
弹射座椅多采用的单横滚自由度姿态控制技术，在弹射座椅左右两侧安装横滚姿态火箭，通过控制两枚横滚火箭的工作时机，调整座椅姿态，来提高座椅在不利姿态的救生性能。单横滚自由度姿态控制提升了弹射座椅的救生性能，但是无法解决俯仰角较大的不利姿态弹射救生的问题，单横滚自由度姿态控制技术存在局限性。
发明内容
本方法发明的目的：为克服弹射座椅单横滚自由度姿态控制的局限性，解决俯仰角较大的不利姿态弹射救生问题，本发明提供一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，可以有效提高座椅在低速不利姿态的救生性能。
本发明的技术方案是：一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，通过调整座椅的姿态，使火箭包推力天向总冲量最大化，尽可能提高座椅的运动轨迹；其特征在于：在具备横滚姿态火箭的弹射座椅基础上，增加了一对俯仰火箭即正俯仰火箭和正横滚火箭，用来提供姿态调整所需的俯仰力矩，用火箭包天向分量A衡量座椅的姿态，取值范围－1到1；
从A的一阶导数表达式中得到滚转角速度wx系数Ccz，俯仰角速度wz系数Cfy，弹射启动后，根据A的大小及系数Ccz、Cfy的正负控制姿态火箭的开启时机，具体控制方式如下：
当Ccz>0，正横滚火箭工作，使wx>0；
当Ccz<0，负横滚火箭工作，使wx<0；
从而使A导数中横滚角速度分量Cczwx>0。同样的，
当Cfy>0，正俯仰火箭工作，使wz>0；
当Cfy<0，负俯仰火箭工作，使wz<0；
从而使A导数中俯仰角速度分量Cfywz>0；
当座椅的姿态优势超过某一界限，火箭包工作能推高座椅的运动轨迹，即A大于某一临界值LA1，火箭包开始工作；相反A小于临界值LA1，火箭包不工作，其中LA1表示与火箭包控制有关的临界值，取值范围0到1，与座椅型号有关。
所述的正俯仰火箭安装在椅盆下方，方向垂直于水平面向上，负俯仰火箭安装在椅背后方，方向沿座椅体轴系OtXt轴，火箭推力Ffy，力臂Lfy。
所述的正横滚火箭安装在座椅左侧，方向沿座椅体轴系Z轴，负横滚火箭安装在座椅右侧，方向沿座椅体轴系-Z轴，推力Fcz,力臂Lcz。
所述的姿态参数A求导，A的一阶导数表达式中得到俯仰角速度系数Cfy、横滚角速度系数Ccz，实时计算系数的正负，根据系数的正负控制正负俯仰火箭的开始工作时机。
本发明积极效果：提出一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，通过实时计算火箭包天向分量A、以及A的一阶导数中滚转角速度系数Ccz、俯仰角速度系数Cfy，控制火箭包、横滚火箭、俯仰火箭工作时机，整体上提高了各工况下座椅弹射出舱后的运动轨迹，提升了座椅不利姿态的救生性能。
附图说明
图1是方法发明的各动力火箭安装位置示意图
图2是本方法发明的火箭包控制逻辑框图
图3是本方法发明的横滚火箭控制逻辑框图
图4是本方法发明的俯仰火箭控制逻辑框图
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法,通过调整座椅的姿态，使火箭包推力天向总冲量最大化，尽可能提高座椅的运动轨迹；其特征在于：在具备横滚姿态火箭的弹射座椅基础上，增加了一对俯仰火箭，用来提供姿态调整所需的俯仰力矩，用火箭包天向分量A(火箭包推力在天向分力与总推力的相对大小)衡量座椅的姿态，取值范围－1到1，参数A越大表示火箭包推力对座椅推高作用越明显，座椅的姿态越优，所以对参数A求导，通过控制各姿态火箭，使A的一阶导数始终大于0，即可实现对座椅姿态调整的目的。
对A进行求导，从A的一阶导数表达式中得到滚转角速度wx系数Ccz，俯仰角速度wz系数Cfy。弹射启动后，根据A的大小及系数Ccz、Cfy的正负控制姿态火箭的开启时机。具体控制方式如下：
当Ccz>0，正横滚火箭工作，使wx>0；
当Ccz<0，负横滚火箭工作，使wx<0；
从而使A导数中横滚角速度分量Cczwx>0。同样的，
当Cfy>0，正俯仰火箭工作，使wz>0；
当Cfy<0，负俯仰火箭工作，使wz<0；
从而使A导数中俯仰角速度分量Cfywz>0。
当座椅的姿态优势超过某一界限，火箭包工作能推高座椅的运动轨迹，即A大于某一临界值LA1，火箭包开始工作；相反A小于临界值LA1，火箭包不工作，其中LA1表示与火箭包控制有关的临界值，取值范围0到1，与座椅型号有关；
所述的正俯仰火箭安装在椅盆下方，方向垂直于水平面向上，负俯仰火箭安装在椅背后方，方向沿座椅体轴系OtXt轴，火箭推力Ffy。力臂Lfy；
所述的正横滚火箭安装在座椅左侧，方向沿座椅体轴系Z轴，负横滚火箭安装在座椅右侧，方向沿座椅体轴系-Z轴，推力Fcz,力臂Lcz；
所述的姿态参数A求导，A的一阶导数表达式中得到俯仰角速度系数Cfy、横滚角速度系数Ccz，实时计算系数的正负，根据系数的正负控制正负俯仰火箭的开始工作时机。
稳定杆、稳定伞在低速条件下不工作。
参见附图1，在现有的单横滚控制弹射座椅基础上，增加了一对俯仰火箭，其中正俯仰火箭安装在椅盆下方，负俯仰火箭安装在椅背后方，用来提供俯仰力矩。其中，a为正俯仰火箭，推力Ffy；b为火箭包，推力Fh；c负俯仰火箭，推力Ffy；d为横滚火箭；e为弹射轴线
弹射启动座椅进入自由飞阶段后，实时记录座椅的姿态角计算火箭包天向分量A的值，A的一阶导数表达式中滚转角速度wx系数Ccz、俯仰角速度wz系数Cfy。
如图2所示，当A不大于LA1时，火箭包不工作；当A大于临界值LA1，则火箭包开始工作，火箭包工作时长Trock开始计时。当Trock时间达到火箭包工作总时间，且满足座椅的实时高度Ht和实时速度Vt都小于预设的高度Hset和速度Vset，即射出救生伞，进如射伞阶段，姿态调整结束；Rock：火箭包工作状态，true工作，false不工作
Psstate：射伞状态，true射伞，false不射伞
Trock：火箭包已工作时间
Tr：火箭包总工作时间
LA1：火箭包天向分量第一个临界值
A：火箭包天向分量
Ht：人－椅系统实时高度
Hset：人－椅系统预设高度
Vt：人－椅系统实时合速度
Vset：人－椅系统预设速度
如图3、图4所示横滚火箭和俯仰火箭控制：实时计算火箭包天向分量A的值，判断A是否超过设定的临界值LA2，若是则认为座椅的姿态满足要求，不需要进行调整，否则进行姿态调整：
其中，图3中
Rcz1：正横滚火箭状态，true工作，false不工作
Rcz2：负横滚火箭状态：true工作，false不工作
LA2：火箭包天向分量第二个临界值
Ccz：横滚角速度系数
其中，图4中
Rfy1：正俯仰火箭状态，true工作，false不工作
Rfy2：负俯仰火箭状态，true工作，false不工作
LA2：火箭包天向分量第二个临界值
Cfy：俯仰角速度系数
在火箭包工作结束之前，实时计算Ccz的值，若Ccz>0，则正横滚火箭工作，使得wx>0；若Ccz<0，负横滚火箭工作，使wx<0；从而使A一阶导数中横滚角速度分量Cczwx>0。同理计算Cfy的值，判断Cfy的正负，若Cfy>0，正俯仰火箭工作，使wz>0；若Cfy<0，负俯仰火箭工作，使wz<0，从而使A的一阶导数中俯仰角速度分量Cfywz>0。
通过姿态火箭工作使座椅姿态参数A的一阶导数始终大于零，即表示座椅的姿态一直往较优的位置调整，实现座椅姿态调整的目的。

Claims (4)

1.一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，通过调整座椅的姿态，使火箭包推力天向总冲量最大化，尽可能提高座椅的运动轨迹；其特征在于：在具备横滚姿态火箭的弹射座椅基础上，增加了一对俯仰火箭即正俯仰火箭和正横滚火箭，用来提供姿态调整所需的俯仰力矩，用火箭包天向分量A衡量座椅的姿态，取值范围－1到1；
从A的一阶导数表达式中得到滚转角速度wx系数Ccz，俯仰角速度wz系数Cfy，弹射启动后，根据A的大小及系数Ccz、Cfy的正负控制姿态火箭的开启时机，具体控制方式如下：
当Ccz>0，正横滚火箭工作，使wx>0；
当Ccz<0，负横滚火箭工作，使wx<0；
从而使A导数中横滚角速度分量Cczwx>0。同样的，
当Cfy>0，正俯仰火箭工作，使wz>0；
当Cfy<0，负俯仰火箭工作，使wz<0；
从而使A导数中俯仰角速度分量Cfywz>0；
当座椅的姿态优势超过某一界限，火箭包工作能推高座椅的运动轨迹，即A大于某一临界值LA1，火箭包开始工作；相反A小于临界值LA1，火箭包不工作，其中LA1表示与火箭包控制有关的临界值，取值范围0到1，与座椅型号有关。
2.如权利要求1所述的所述的一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，其特征在于，正俯仰火箭安装在椅盆下方，方向垂直于水平面向上，负俯仰火箭安装在椅背后方，方向沿座椅体轴系OtXt轴，火箭推力Ffy，力臂Lfy。
3.如权利要求1或2所述的所述的一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，其特征在于，所述的正横滚火箭安装在座椅左侧，方向沿座椅体轴系Z轴，负横滚火箭安装在座椅右侧，方向沿座椅体轴系-Z轴，推力Fcz,力臂Lcz。
4.如权利要求3所述的所述的一种基于姿态参数求导的弹射座椅俯仰横滚姿态控制方法，其特征在于，所述的姿态参数A求导，A的一阶导数表达式中得到俯仰角速度系数Cfy、横滚角速度系数Ccz，实时计算系数的正负，根据系数的正负控制正负俯仰火箭的开始工作时机。
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