CN109484654B - 一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于弹射救生领域，涉及一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法。提出一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，在具备横滚姿态火箭的弹射座椅基础上，增加一对俯仰火箭进行座椅姿态控制，用火箭包天向分量A(火箭包推力在天向分力相对总推力的大小)衡量座椅的姿态，取值范围‑1到1，A越大表示火箭包推力对座椅的推高作用越明显，座椅的姿态越优；根据座椅出舱后的姿态角，计算俯仰火箭、横滚火箭、火箭包的工作时序，能更加准确迅速地调整座椅姿态，整体上提高了在各工况下的运动轨迹，提升了座椅不利姿态的救生性能。
Description
技术领域
本发明属于弹射救生领域，涉及一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法。
背景技术
弹射座椅多采用横滚方向的单自由度姿态控制技术，通过控制安装在弹射座椅左右两侧的两枚横滚姿态火箭的工作时机，来调整座椅姿态，提高座椅的救生性能。单横滚自由度姿态控制无法解决俯仰角较大的不利工况下座椅的弹射救生的问题，单横滚自由度姿态控制技术存在局限性。
发明内容
本发明的目的是：为解决俯仰角较大不利姿态弹射救生问题，本发明提供一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，可以有效地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：一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，其特征在于：在具备横滚姿态火箭的弹射座椅基础上，增加一对俯仰火箭进行座椅姿态控制，用火箭包天向分量A(火箭包推力在天向分力相对总推力的大小)衡量座椅的姿态，取值范围-1到1，A越大表示火箭包推力对座椅的推高作用越明显，座椅的姿态越优；
弹射启动后，记录弹射座椅进入自由飞阶段时的姿态角，计算将座椅姿态由初始位置直接调整到目标位置需要施加的合力矩M的方向S，得到需分配在座椅体轴系X轴、Y轴、Z轴力矩的相对大小lx、ly、lz；
当|lx|>|lz|时，表示所需的横滚力矩大于俯仰力矩，第一枚横滚火箭以最大力矩mx工作，调节或者等效调节俯仰火箭力矩值为
当|lx|≤|lz|时，表示所需的俯仰力矩大于或等于横滚力矩，第一枚俯仰火箭以最大力矩mx工作，调节或者等效调横滚火箭力矩值
在座椅姿态调整过程中，当火箭包天向分量A达到预设的临界值LA2时，第二枚横滚火箭、第二枚俯仰火箭开始工作，使座椅维持在优势姿态位置。其中LA2表示与横滚、俯仰火箭控制有关的临界值，取值范围0到1，与座椅型号有关；
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；
稳定杆、稳定伞在姿态控制过程中不工作。
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，负横滚火箭安装在座椅右侧，推力值Fcz,力臂Lcz。
所述的横滚火箭安装位置产生的偏航力矩与滚转力矩比值为-tanβ，β为火箭包推力方向与弹射轴线的夹角。
所述俯仰火箭和横滚火箭，可以根据力矩相对大小lx、lz，调节力矩初值。
本发明积极效果：提出一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，根据座椅出舱后的姿态角，计算俯仰火箭、横滚火箭、火箭包的工作时序，能更加准确迅速地调整座椅姿态，整体上提高了在各工况下的运动轨迹，提升了座椅不利姿态的救生性能。
附图说明
图1是本发明的座椅姿态调整示意图。
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。
具体实施例
下面对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，弹射启动后，弹射座椅由出舱阶段进入自由飞阶段时，记录座椅的姿态角
计算座椅由初始位置Fht直接调整到目标位置Fho需要施加的合力矩M的方向S，
得到需分配在座椅体轴系X轴、Y轴、Z轴力矩的相对大小lx、ly、lz。计算进行姿态调整各动力火箭需要输出的力矩：若|lx|>|lz|，则横滚火箭以最大力矩mx工作，调节或者等效调节俯仰火箭力矩值
若|lx|≤|lz|时，则俯仰火箭以最大力矩mz工作，调节或者等效调节横滚火箭力矩值
图3、图4所示横滚火箭和俯仰火箭控制方法相似，首先计算火箭包天向分量A的值，A＝sinβsinθ+cosβcosθcosγ，判断A是否超过设定的临界值LA2，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：
判断lz、lx的正负：lZ>0时，正俯仰火箭作为第一枚工作的俯仰火箭，反之负俯仰火箭工作；当lx>0时，正横滚火箭作为第一枚工作的横滚火箭，反之负横滚火箭工作。
实时计算A的值，当A经过座椅姿态调整超过预设的值LA3时，系统判定座椅姿态接近最优位置，第二枚横滚火箭、第二枚俯仰火箭直接工作，使座椅转动减速，保持在最优位置A＝1附近，直至姿态调整结束。
如图2所示，控制火箭包和射伞的方法，实时计算火箭包天向分量A的值，A＝sinβsinθ+cosβcosθcosγ，判断A是否超过设定的临界值LA1，是则火箭包开始工作，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Tr，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。
Claims (4)
1.一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，其特征在于：在具备横滚火箭的弹射座椅基础上，增加一对俯仰火箭进行座椅姿态控制，即正俯仰火箭和负俯仰火箭，用火箭包天向分量A衡量座椅的姿态，取值范围－1到1，A越大表示火箭包推力对座椅的推高作用越明显，座椅的姿态越优；
弹射启动后，记录弹射座椅进入自由飞阶段时的姿态角，计算将座椅姿态由初始位置直接调整到目标位置需要施加的合力矩M的方向S，得到需分配在座椅体轴系X轴、Y轴、Z轴力矩的相对大小lx、ly、lz；
当|lx|>|lz|时，表示所需的横滚力矩大于俯仰力矩，第一枚横滚火箭以最大力矩mx工作，调节或者等效调节俯仰火箭力矩值为
当|lx|≤|lz|时，表示所需的俯仰力矩大于或等于横滚力矩，第一枚俯仰火箭以最大力矩mz工作，调节或者等效调横滚火箭力矩值
正横滚火箭安装在座椅左侧，负横滚火箭安装在座椅右侧，正横滚火箭、负横滚火箭推力值均为Fcz，力臂均为Lcz；
在座椅姿态调整过程中，当火箭包天向分量A达到预设的临界值LA2时，第二枚横滚火箭、第二枚俯仰火箭开始工作，使座椅维持在优势姿态位置；其中LA2表示与横滚、俯仰火箭控制有关的临界值，取值范围0到1，与座椅型号有关；
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所述的一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，其特征在于：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，正俯仰火箭、负俯仰火箭推力均为Ffy，力臂均为Lfy。
3.如权利要求1所述的一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，其特征在于：所述的正横滚火箭安装位置产生的偏航力矩与滚转力矩比值为-tanβ，β为火箭包推力方向与弹射轴线的夹角。
4.如权利要求3所述的一种基于空间力矩分配的弹射座椅俯仰横滚耦合控制方法，其特征在于：所述俯仰火箭和横滚火箭，可以根据力矩相对大小lx、lz，调节力矩初值。
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