CN109855482A - 固体运载火箭起飞零点的判别方法和判别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体运载火箭起飞零点的判别方法和判别装置，所述判别方法包括：获取所述固体运载火箭的轴向载荷；比较所述轴向载荷与预设的轴向过载门限，获得比较结果；根据所述比较结果判断火箭起飞状态，获得起飞零点。该判别方法采用起飞硬件中断信号与过载备保两者结合的判别措施，能够客观反映火箭的真实起飞状态，充分保证了起飞零点判别的可靠性。

Description

固体运载火箭起飞零点的判别方法和判别装置

技术领域

本发明属于固体运载火箭技术领域，具体涉及一种固体运载火箭起飞零点的判别方法和判别装置。

背景技术

固体火箭是利用固体火箭发动机作动力装置的火箭。固体火箭发动机采用用固态物质(能源和工质)作为推进剂，固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧，产生高温高压的燃气，即把化学能转化为热能；燃气经喷管膨胀加速，热能转化为动能，以极高的速度从喷管排出，从而产生推力推动火箭飞行。

目前大多数固体运载火箭的起飞信号判别采用起飞触点硬件信号外加时间备保的方法。在正常情况下，通过起飞触点硬件信号判别火箭起飞零点，具体地，在起飞之前，火箭和地面设备通过电缆连接，在火箭起飞过程中，由于箭体上升，火箭和地面设备的连接断开，产生起飞触点硬件信号，控制器接收到该起飞触点硬件信号则判定火箭已起飞；如果起飞触电硬件信号发送或接收失效，则采用时间备保的方式判别起飞零点，即自火箭点火起预定时间则判定为火箭起飞时间。

然而，由于固体火箭发动机推力上升较快，且受到温度影响较大，难以用时间精确判断，这可能导致用时间来判别起飞零点与真实起飞零点存在较大的时间差，将影响后续的火箭控制过程。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种固体运载火箭起飞零点的判别方法和判别装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种固体运载火箭起飞零点的判别方法，包括：

S1：获取所述固体运载火箭的轴向载荷；

S2：比较所述轴向载荷与预设的轴向过载门限，获得比较结果；

S3：根据所述比较结果判断火箭起飞状态，获得起飞零点。

在本发明的一个实施例中，在所述S1之前还包括：

S0：检测是否接收到起飞硬件中断信号，若是，则以所述起飞硬件中断信号为起飞零点信号，若否，则执行S1。

在本发明的一个实施例中，所述S2包括：

将所述轴向载荷N_x1与所述轴向过载门限N_qf进行比较，当所述轴向载荷N_x1大于所述轴向过载门限N_qf的状态持续预设时间时，则判定火箭起飞。

在本发明的一个实施例中，所述S2包括：

S21：每隔预设的计算时间步长S对所述轴向载荷N_x1与预设的轴向过载门限N_qf进行比较，若N_x1>N_qf，则计数次数C累加一次，若N_x1≤N_qf，则计数次数C清零；

S22：比较所述计数次数C与预设的轴向过载次数k_qf的大小，若C≥k_qf，即判定火箭起飞，若C＜k_qf，则返回继续执行S21。

在本发明的一个实施例中，所述轴向过载门限N_qf的值为所述固体运载火箭重量的1.1-1.3倍。

在本发明的一个实施例中，所述轴向过载次数k_qf的取值为10-20。

在本发明的一个实施例中，所述S3包括：

S31：计算所述固体运载火箭的起飞零点时间T_qf，计算公式为：

T_qf＝k_qf×S，

其中，k_qf为轴向过载次数，S为计算时间步长；

S32：屏蔽所述起飞硬件中断信号。

本发明的另一方面提供了一种固体运载火箭起飞零点的判别装置，包括：

载荷信号接收模块，用于获取所述固体运载火箭的轴向载荷；

比较模块，用于将所述轴向载荷与预设的轴向过载门限进行比较，获得比较结果；

控制模块，用于根据所述比较结果判定火箭起飞状态，获得起飞零点。

在本发明的一个实施例中，所述判别装置还包括载荷检测模块，安装在所述固体运载火箭的箭体，用于检测所述固体运载火箭的轴向载荷并发送至所述载荷信号接收模块。

在本发明的一个实施例中，所述判别装置还包括硬件中断信号接收模块和信号检测模块，其中，

所述硬件中断信号接收模块用于接收起飞硬件中断信号。

所述信号检测模块用于检测所述硬件中断信号接收模块是否已接收到起飞硬件中断信号，并将检测结果发送至所述控制模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的固体运载火箭起飞零点判别方法和判别装置采用起飞硬件中断信号与过载备保两者结合的判别措施，能够客观反映火箭的真实起飞状态，充分保证了起飞零点信号判别的可靠性。

2、过载备保判别措施可以利用火箭箭体上已有的惯性敏感器件来测试轴向载荷，无需添加任何额外的部件，且其判别结果利用起飞过程中的真实物理运动过程，不受发动机推力建立时间的影响，保证了起飞零点信号判别的可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种固体运载火箭起飞零点的判别方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种固体运载火箭起飞零点的判别方法的详细流程图；

图3是本发明实施例提供的一种固体运载火箭起飞零点的判别装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种固体运载火箭起飞零点的判别装置的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的固体运载火箭起飞零点的判别方法和判别装置进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种固体运载火箭起飞零点的判别方法的流程图。该判别方法包括：

S1：获取所述固体运载火箭的轴向载荷；

S2：比较所述轴向载荷与预设的轴向过载门限，获得比较结果；

S3：根据所述比较结果判断火箭起飞状态，获得起飞零点。

进一步地，在所述S1之前还包括：

S0：检测是否接收到起飞硬件中断信号，若是，则以所述起飞硬件中断信号为起飞零点信号，若否，则执行S1。

具体地，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种固体运载火箭起飞零点的判别方法的详细流程图。当固体运载火箭矗立在发射台上时，火箭在发射台上的支撑力与火箭自身的重力平衡。当火箭推力大于火箭自身重力时，火箭离开发射台起飞。本发明通过起飞硬件中断信号与过载备保两者结合的判别措施的方式实现对火箭起飞状态准确可靠的判别。

首先是起飞硬件中断信号判别方式，其中，所述起飞硬件中断信号是指当火箭离开发射台后，火箭与发射台的物理连接断开时所生成的信号。在起飞之前，火箭和地面设备通过电缆连接，在火箭起飞过程中，由于箭体上升，火箭和地面设备的连接断开，产生起飞触点硬件信号，地面控制台接收到该起飞触点硬件信号则判定火箭已起飞，并且地面控制台接收到所述起飞触点硬件信号的时间即为火箭的起飞零点。在起飞硬件中断信号判别方式正常执行之后，将不再进行过载备保方式的判别。也就是说，过载备保方式是在起飞硬件中断信号判别方式执行异常情况下的一种备用方式，以保证对火箭起飞状态准确可靠的判别。

接着，如果所述起飞触电硬件信号发送或接收失效，则执行步骤S1。

具体地，在所述固体运载火箭上安装有载荷传感器，以检测并获得火箭在起飞过程中任意时间的轴向载荷N_x1。

进一步地，S2包括：

对轴向过载N_x1大小进行判别，即，将轴向载荷N_x1与轴向过载门限N_qf进行比较，当轴向载荷N_x1大于轴向过载门限N_qf持续预设时间，则判定火箭起飞。

轴向是指沿运载火箭主对称轴方向。

轴向过载门限N_qf是预先设定的，可以根据所述固体运载火箭的理论起飞状态进行调整。在本实施例中，轴向过载门限N_qf的值为固体运载火箭重量的1.1-1.3倍。

所述预设时间同样是预先设定的，可以根据火箭飞行控制软件的计算时间步长进行设定，即当检测到的轴向载荷N_x1持续大于轴向过载门限N_qf超过一定的时间，才判定起飞，并将此时认定为起飞零点。

更进一步地，S2包括：

S21：每隔预设的计算时间步长S对轴向载荷N_x1与预设的轴向过载门限N_qf进行比较，若N_x1>N_qf，则计数次数C累加一次，若N_x1≤N_qf，则计数次数C清零；

具体地，执行本实施例判别方法的判别装置中包括一计数器，用于记录轴向载荷N_x1大于预设的轴向过载门限N_qf的次数。即，当若N_x1>N_qf，则计数器中计数次数C累加一次；若N_x1≤N_qf时，则计数器中的计数次数C清零，当再次出现N_x1>N_qf时，计数器重新计数。

计算时间步长S是指火箭飞行控制软件的计算时间步长，即每隔S时间获取一次轴向载荷N_x1，并与轴向过载门限N_qf进行比较。

在本实施例中，N_x1可以通过下述公式进行计算：

其中，N_x1,k表示第k个采集周期的轴向载荷，u表示连续u个采集周期，因此，N_x1为连续u个采集周期内的轴向载荷的平均值。

也就是说，在计算时间步长S内，共实时采集u个轴向载荷N_x1,1-N_x1,u，然后计算这u个轴向载荷N_x1,1-N_x1,u的平均值作为当前计算步长S的轴向载荷N_x1。一般情况下，u的取值在5-10范围内。

S22：比较计数次数C与预设的轴向过载次数k_qf的大小，若C≥k_qf，即判定火箭起飞，若C＜k_qf，则返回继续执行S21。

具体地，若计数次数C大于预设的轴向过载次数k_qf，则判定火箭起飞，此时为火箭起飞零点时间；若计数次数C小于预设的轴向过载次数k_qf，则继续比较轴向载荷N_x1与预设的轴向过载门限N_qf，并增加累计次数，直至计数次数C大于预设的轴向过载次数k_qf。

在本实施例中，轴向过载次数k_qf的取值为10-20。

进一步地，S3包括：

S31：计算固体运载火箭的起飞零点时间T_qf，计算公式为：

T_qf＝k_qf×S，

其中，k_qf为轴向过载次数，S为计算时间步长；

具体地，固体运载火箭的起飞零点时间T_qf即为火箭点火之后的T_qf时间，即火箭开始起飞的时间。

S32：屏蔽起飞硬件中断信号。

通过上述步骤进行过载备保方式火箭起飞零点时间确定之后，不再接收起飞硬件中断信号，即屏蔽可能之前延时发送的起飞硬件中断信号。

本实施例的固体运载火箭起飞零点判别方法采用起飞硬件中断信号与过载备保两者结合的判别措施，能够客观反映火箭的真实起飞状态，充分保证了起飞零点信号判别的可靠性。

实施例二

在上述实施例的技术上，本实施例提供了一种固体运载火箭起飞零点的判别装置。请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种固体运载火箭起飞零点的判别装置的结构示意图。该判别装置包括载荷信号接收模块1、比较模块2和控制模块3，其中，载荷信号接收模块1用于获取所述固体运载火箭的轴向载荷；比较模块2用于将所述轴向载荷与预设的轴向过载门限进行比较，获得比较结果；控制模块3用于根据所述比较结果判定火箭起飞状态，获得起飞零点。

进一步地，该判别装置还包括载荷检测模块4，安装在所述固体运载火箭的箭体，用于检测所述固体运载火箭的轴向载荷并发送至所述载荷信号接收模块1。

具体地，载荷检测模块4可以是安装在所述固体运载火箭上的载荷传感器，用于检测和获取火箭的轴向载荷N_x1。所述载荷传感器连接至载荷信号接收模块1，能够将轴向载荷N_x1传输至位于地面控制系统中的载荷信号接收模块1。随后，载荷信号接收模块1将所述轴向载荷N_x1传输至比较模块2，比较模块2中预先设定有轴向过载门限N_qf。轴向载荷N_x1与轴向过载门限N_qf在比较模块2中进行比较，得到比较结果。接着，控制模块3获取所述比较结果，并根据所述比较结果判定火箭起飞状态，获得起飞零点。

需要说明的是，轴向载荷N_x1与轴向过载门限N_qf的比较过程与上述判别方法实施例相同，这里不再赘述。

进一步地，该判别装置还包括硬件中断信号接收模块5和信号检测模块6，其中，

所述硬件中断信号接收模块5用于接收起飞硬件中断信号。

所述信号检测模块6用于检测所述硬件中断信号接收模块5是否已接收到起飞硬件中断信号，并将检测结果发送至所述控制模块3。

在火箭起飞之前，火箭和地面设备通过电缆连接，在火箭起飞过程中，由于箭体上升，火箭和地面设备的连接断开，产生起飞触点硬件信号，硬件中断信号接收模块5接收到该起飞触点硬件信号则判定火箭已起飞，则接收到所述起飞触点硬件信号的时间即为火箭的起飞零点。而信号检测模块6检测到所述硬件中断信号接收模块5已接收到起飞硬件中断信号，并将检测结果发送至控制模块3，由控制模块3根据该起飞零点进行火箭的后续控制过程。在起飞硬件中断信号判别方式正常执行之后，将不再进行过载备保方式的判别。实际上，过载备保方式是在起飞硬件中断信号判别方式执行异常情况下的一种备用方式，以保证对火箭起飞状态准确可靠的判别。

如果起飞触电硬件信号发送或接收失效，则通过载荷信号接收模块1获取所述固体运载火箭的轴向载荷，并随后执行过载备保起飞零点判别过程。

本实施例判别装置的过载备保判别措施可以利用火箭箭体上已有的惯性敏感器件来测试轴向载荷，且其判别结果利用起飞过程中的真实物理运动过程，不受发动机推力建立时间的影响，保证了起飞零点信号判别的可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种固体运载火箭起飞零点的判别方法，其特征在于，包括：

S1：获取所述固体运载火箭的轴向载荷；

S2：比较所述轴向载荷与预设的轴向过载门限，获得比较结果；

S3：根据所述比较结果判断火箭起飞状态，获得起飞零点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S1之前还包括：

S0：检测是否接收到起飞硬件中断信号，若是，则以所述起飞硬件中断信号为起飞零点信号，若否，则执行S1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

将所述轴向载荷N_x1与所述轴向过载门限N_qf进行比较，当所述轴向载荷N_x1大于所述轴向过载门限N_qf的状态持续预设时间时，则判定火箭起飞。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

S21：每隔预设的计算时间步长S对所述轴向载荷N_x1与预设的轴向过载门限N_qf进行比较，若N_x1>N_qf，则计数次数C累加一次，若N_x1≤N_qf，则计数次数C清零；

S22：比较所述计数次数C与预设的轴向过载次数k_qf的大小，若C≥k_qf，即判定火箭起飞，若C＜k_qf，则返回继续执行S21。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述轴向过载门限N_qf的值为所述固体运载火箭重量的1.1-1.3倍。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述轴向过载次数k_qf的取值为10-20。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S3包括：

S31：计算所述固体运载火箭的起飞零点时间T_qf，计算公式为：

T_qf＝k_qf×S，

其中，k_qf为轴向过载次数，S为计算时间步长；

S32：屏蔽所述起飞硬件中断信号。

8.一种固体运载火箭起飞零点的判别装置，其特征在于，包括：

载荷信号接收模块(1)，用于获取所述固体运载火箭的轴向载荷；

比较模块(2)，用于将所述轴向载荷与预设的轴向过载门限进行比较，获得比较结果；

控制模块(3)，用于根据所述比较结果判定火箭起飞状态，获得起飞零点。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括载荷检测模块(4)，安装在所述固体运载火箭的箭体，用于检测所述固体运载火箭的轴向载荷并发送至所述载荷信号接收模块(1)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括硬件中断信号接收模块(5)和信号检测模块(6)，其中，

所述硬件中断信号接收模块(5)用于接收起飞硬件中断信号。

所述信号检测模块(6)用于检测所述硬件中断信号接收模块(5)是否已接收到起飞硬件中断信号，并将检测结果发送至所述控制模块(3)。