CN110617737A - 一种液体火箭垂直度调整系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体火箭垂直度调整系统，包含控制单元、采集单元和调节单元，所述采集单元位于液体火箭的仪器舱段，所述调节单元位于液体火箭所述发射平台的下部，其中：所述控制单元向所述采集单元发送采集指令；所述采集单元用于在接收到所述采集指令后采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据，并根据所述惯组数据计算火箭的水平度，所述采集单元还用于将所述水平度发送给所述控制单元；所述控制单元用于根据所述水平度控制所述调节单元调节发射平台，以使所述液体火箭水平度达到预设要求，现有技术相比，该发明具有设计合理，方便操作，安全可靠，同时节约成本，提高火箭的运载能力等优点。

Description

一种液体火箭垂直度调整系统

技术领域

本发明涉及火箭发射领域，特别涉及一种液体火箭垂直度调整系统。

背景技术

液体火箭垂直度调整是调整火箭初始姿态，保证火箭起飞安全和飞行精度的措施。液体运载火箭壳体很薄，无法在水平状态下加注后起竖发射，所以其垂直度调整是在火箭竖立到发射平台以后进行的，垂直度调整例如可以分为加注前空载状态垂直度调整和加注后带载状态垂直度调整两种。

在我国现有的运载火箭发射装置调平工作流程中，普遍采用地面一套水平测量仪器，箭上尾端和仪器仓各一套水平测量仪的方式。这种方式确实可以可靠完成发射装置调平要求，也可以满足高精度要求。但是却存在三个问题：一是箭/弹地设备数量多，实现和操作过程复杂；二是增加了箭上设备，导致火箭运载能力减少；三是火箭成本大幅增加，市场竞争力大大下降。随着民营航天技术的发展，市场对火箭发射流程的简化和单枚火箭的发射低成本、免维护、快速反应提出了新的要求。

因此，怎样提供一种液体火箭垂直度调整系统，该系统具有设计合理，方便操作，安全可靠，同时节约成本，提高火箭的运载能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体火箭垂直度调整系统，该系统具有设计合理，方便操作，安全可靠，同时节约成本，提高火箭的运载能力。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液体火箭垂直度调整系统，包含控制单元、采集单元和调节单元，所述采集单元位于液体火箭的仪器舱段，所述调节单元位于液体火箭所述发射平台的下部，其中：所述控制单元向所述采集单元发送采集指令；所述采集单元用于在接收到所述采集指令后采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据，并根据所述惯组数据计算火箭的水平度，所述采集单元还用于将所述水平度发送给所述控制单元；所述控制单元用于根据所述水平度控制所述调节单元调节发射平台，以使所述液体火箭水平度达到预设要求。

优选的，所述控制单元包含第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元用于向所述采集单元发送采集指令，以及接收所述采集单元计算的水平度数据，之后将所述水平度数据传递给所述第二控制单元，所述第二控制用于根据所述水平度数据控制所述调节单元调节所述发射平台的水平度至预设值。

优选的，所述采集单元包含箭上机和箭上惯组设备，其中，所述箭上惯组设备用于液体火箭姿态的数据采集，所述箭上机设备用于根据采集的数据计算火箭的不水平度。

优选的，所述调节单元包含支腿油缸，所述支腿油缸一端与所述发射平台连接，所述调节单元通过调节所述支腿油缸的伸缩来调节所述发射平台的水平度，使得所述发射平台水平度达到预设要求。

优选的，所述发射平台上设置有用于测量所述发射平台水平度的水平仪。

优选的，所述水平仪位于所述发射平台的下表面，支腿油缸均匀分布在所述发射平台的下部。

优选的，所述支腿油缸包含第一支腿，第二支腿，第三支腿和第四支腿，在同一水平面上，所述第一支腿，所述第二支腿，所述第三支腿和所述第四支腿之间连线构成正方形，且所述第一支腿和所述第三支腿用于调整发射平台的俯仰角度，所述第二支腿和所述第四支腿用于调整发射平台的偏航角度。

优选的，还包含固定单元，所述固定单元用于将液体火箭固定在发射平台上，保证液体火箭的稳定。

优选的，所述固定单元包含设置在液体火箭箭脚下部的箭脚支撑盘和用于固定火箭箭脚的防风装置，所述箭脚支撑盘用于支撑液体火箭，所述防风装置用于锁定火箭箭脚，避免在火箭发射过程中发生整箭的移动，保证液体火箭的发射安全。

优选的，在所述火箭箭脚和箭脚支撑盘之间设有压力传感器，所述压力传感器用于测量液体火箭箭脚的压力数据，以根据所述压力数据调节所述箭脚支撑盘的高度，使得所述液体火箭箭脚对所述箭脚支撑盘的压力达到预定要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种液体火箭垂直度调整系统，包含控制单元、采集单元和调节单元，所述采集单元位于液体火箭的仪器舱段，所述调节单元位于液体火箭所述发射平台的下部，其中：所述控制单元向所述采集单元发送采集指令；所述采集单元用于在接收到所述采集指令后采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据，并根据所述惯组数据计算火箭的水平度，所述采集单元还用于将所述水平度发送给所述控制单元；所述控制单元用于根据所述水平度控制所述调节单元调节发射平台，以使所述液体火箭水平度达到预设要求。整个过程，所述控制单元向所述采集单元发送采集指令，并且将所述采集单元采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据传递至所述调节单元，所述调节单元根据所述液体火箭的水平度适当调整发射平台，计算火箭的水平度，并根据两次测量的水平度对液体火箭所处的发射平台1进行调节，以使火箭水平度达到预设要求。也就是说，本发明实施例的火箭垂直度调整系统，可以在不增加箭上测量装置的基础上，利用采集单元计算火箭的水平度，采用两次调平和相应的算法，可靠完成火箭的高精度调平，保证火箭起飞安全和飞行精度，该发明设计合理，方便操作，安全可靠，节约成本，提高火箭的运载能力，以使所述液体火箭水平度达到预设要求。

附图说明

图1为本发明液体火箭垂直度调整的结构示意图；

图2为本发明控制单元组成的结构示意图；

图3为本发明液体火箭垂直度调整控制系统的结构示意图；

图4为本发明液体火箭垂直度调整支撑油腿和发射平台的仰视图；

图5为本发明箭脚支撑盘的主视图；

图6为本发明箭脚支撑盘的俯视图。

附图标记说明：

1调节单元 11第一支腿

12第二支腿 13第三支腿

14第四支腿 2采集单元

21箭上机 22箭上惯组设备

3控制单元 31第一控制单元

32第二控制单元 4仪器舱段

5固定单元 51箭脚支撑盘

52防风装置 6发射平台

7水平仪 8压力传感器

9箭脚 10轴线

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

本发明的实施例提供了一种液体火箭垂直度调整系统，如图1和图2所示，包含控制单元3、采集单元2和调节单元1，采集单元2位于液体火箭的仪器舱段4，调节单元1位于液体火箭所处发射平台的下部，其中：控制单元3向采集单元2发送采集指令；采集单元2用于在接收到采集指令后采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据，并根据惯组数据计算火箭的水平度，采集单元2还用于将水平度发送给控制单元3；控制单元3用于根据水平度控制调节单元1调节发射平台，以使液体火箭水平度达到预设要求。

具体的说：该种液体火箭垂直度调整系统由控制单元3、采集单元2和调节单元1组成，调节单元1位于液体火箭所处发射平台的下部，采集单元2位于液体火箭的仪器舱段4。其中：控制单元3向采集单元2发送采集指令；采集单元2用于在接收到采集指令后采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据，并根据惯组数据计算火箭的水平度，采集单元2还用于将水平度发送给控制单元3；控制单元3用于根据水平度控制调节单元1调节发射平台，以使液体火箭水平度达到预设要求。

整个过程如下：控制单元3向采集单元2发送采集指令，并且将采集单元2采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据传递至调节单元1，调节单元1根据所述液体火箭的水平度适当调整发射平台6，以使液体火箭水平度达到预设要求。也就是说，本发明实施例的火箭垂直度调整系统，可以在不增加箭上测量装置的基础上，利用采集单元计算火箭的水平度，采用两次调平和相应的算法，可靠完成火箭的高精度调平，保证火箭起飞安全和飞行精度，该系统具有设计合理，方便操作，安全可靠，同时节约成本，提高火箭的运载能力。

需要说明的是，如图2和图3所示，控制单元3包含第一控制单元31和第二控制单元32，第一控制单元31用于向采集单元2发送采集指令，以及接收所述采集单元2计算的水平度数据，之后将水平度数据传递给第二控制单元32，第二控制单元32用于根据水平度数据控制调节单元1调节发射平台6的水平度至预设值。例如，第一控制单元31可以后端发控系统，第二控制单元31可以为前端发控系统。

需要说明的是，在本实施方式中，如图1所示，采集单元2包含箭上机21和箭上惯组设备22，箭上惯组设备22用于液体火箭姿态的数据采集，箭上机设备21用于根据采集的数据计算火箭的不水平度。在调节火箭水平度时，需要箭上惯组设备22的基座与液体火箭轴线10相互垂直，以精确敏感火箭的垂直度，确保火箭起飞的稳定性和飞行精度。

需要提及的是，在本实施方式中，调节单元包含支腿油缸，如图1所示，将火箭垂直放置在发射平台6上之前可以包含，在发射平台6上设置的水平7仪，利用支腿油缸调节发射平台6的水平度，使得发射平台6水平度达到预设要求，可以在发射平台6的水平度达到要求后将液体火箭垂着放置在发射平台6上。

具体的说，如图1和图3所示，通过箭上惯组设备22采集火箭加注前的第一惯组数据，箭上机21并根据第一惯组数据计算火箭的水平度，具体包含，在液体火箭箭上设备加电，第一控制单元31(后端控制系统)发送箭上惯组设备22不水平度采集流程，将指令发送给箭上惯组设备22，箭上惯组设备22开始采集箭上第一惯组数据，通过箭上机21进行第一惯组数据不水平度计算。

进一步需要提及的是，根据水平度调整发射平台6，以使火箭水平度达到预设要求，具体包含，第一控制单元31接收经过第一惯组数据计算的水平度，将由第一惯组数据计算所得的水平度传送至第二控制单元32(前端发射控制系统)，第二控制单元32根据第一控制单元31接受的箭上机21计算的不水平度数据，控制液调节单元1，即对支腿油缸进行调节，使火箭水平度达到预设要求。

特别值得注意的是，如图1和图3所示，为了使得液体火箭发射更加安全，箭上惯组设备22需要采集火箭加注后的第二惯组数据，并根据第二惯组数据计算火箭的水平度，具体包含：在液体火箭箭上设备加电，第一控制单元31发送箭上惯组设备22不水平度采集指令，箭上惯组设备22开始采集箭上第二惯组数据，箭上机21进行不水平度计算。

根据水平度调整发射平台6，以使火箭水平度达到预设要求，具体包含，第一控制单元31接收经过第二惯组数据计算的水平度，将经过箭上机21计算的第二惯组数据的水平度传送至第二控制单元32(前端发射控制系统)，第二控制单元32根据第一控制单元31接受的箭上机21计算的不水平度数据，控制液调节单元1，利用支腿油缸对发射平台6进行调节，进而使火箭水平度达到预设要求。

此外，需要提及的是，如图1所示，为了保证数据快速传播，避免信号干扰，箭上机21通过电缆与第一控制单元31连接。而在实际应用是，也可以采用无线连接，例如蓝牙连接。压力传感器8与第二控制单元32间通讯采用了RS422方式，系统间通讯方式采用了网络通讯模式，也可设计为串口、CAN或者1553B等其他通讯模式。本装置中的火箭垂直度调整流程作为与本发射控制系统配套的基本流程，在此基础上的简单顺序调整、细节变化及操作界面变化均在本专利的保护范围之内。

另外，如图1，图5和图6所示，为了保障火箭固定稳定，需要火箭垂着放置在发射平台6上前将液体火箭固定，需要应用到固定单元5。固定单元用于将液体火箭固定在发射平台6上，保证液体火箭的稳定。固定单元5包含设置在液体火箭箭脚9下部的箭脚支撑盘51和用于固定火箭箭脚9的防风装置52，避免在火箭发射过程中发生整箭的移动，保证液体火箭的发射安全。为了确保火箭箭脚9支撑力相对均等，可以进一步在箭脚支撑盘51上端设有压力传感器8，压力传感器8设置在火箭箭脚9和箭脚支撑盘51之间。

首先压力传感器8用于测量液体火箭箭脚的压力数据，以根据压力数据调节箭脚支撑盘51的高度，使得液体火箭箭脚9对箭脚支撑盘51的压力达到预定要求(即火箭箭脚的压力大致相等)。特别地，在本实施方式中，例如：箭脚支撑盘51用于支液体撑火箭，可以手动小行程调节箭脚9支撑盘高度；为了方便操作，箭脚支撑盘51可以采取螺栓上下调节的方式，实现箭脚支撑盘51的高度调整。为了保证液体火箭的稳定，保证火箭在垂直度调整过程中的安全；在火箭箭脚9连接防风装置52，防风装置52用于锁定火箭箭脚9，避免在火箭发射过程中发生整箭的移动，保证液体火箭的发射安全。

需要说明的是，如图1所示，为了保证调节准确，在发射平台6上设置有用于测量发射平台6水平度的水平仪7，水平仪7位于发射平台6的下表面，支腿油缸均匀分布在发射平台6的下部(按图1方向，靠近支腿油缸一侧，且位于远离液体火箭的一端)，调节单元1通过调节支腿油缸的伸缩来调节发射平台6的水平度。此外，发射平台6上的水平仪7是一个双轴倾角仪，采用RS422信号输出测试后结果，用于测量发射平台面6俯仰和偏航两个方向的不水平度，在发射平台6初始自检阶段用于发射平台6调平。

进一步说明的是，如图1和图4所示，支腿油缸包含第一支腿11，第二支腿12，第三支腿13和第四支腿14。在水平方向的同一水平面上，第一支腿11，第二支腿12，第三支腿13和第四支腿14之间连线构成正方形。为了方便调节发射平台6的水平度，将第一支腿11和第三支腿13用于控制发射平台6俯仰角度的调节，第二支腿12和第四支腿14用于控制发射平台6偏航角度的调节。

本方案中还涉及：传感器数据采集，模拟量输入输出控制及数字量输入输出控制，在此不做细述。在本实施方式中，可根据实际使用需要在本发明的基础上改进设计。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，包含控制单元、采集单元和调节单元，所述采集单元位于液体火箭的仪器舱段，所述调节单元位于液体火箭所述发射平台的下部，其中：

所述控制单元向所述采集单元发送采集指令；

所述采集单元用于在接收到所述采集指令后采集火箭加注前和火箭加注后的惯组数据，并根据所述惯组数据计算火箭的水平度，所述采集单元还用于将所述水平度发送给所述控制单元；所述控制单元用于根据所述水平度控制所述调节单元调节发射平台，以使所述液体火箭水平度达到预设要求。

2.根据权利要求1所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述控制单元包含第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元用于向所述采集单元发送采集指令，以及接收所述采集单元计算的水平度数据，之后将所述水平度数据传递给所述第二控制单元，所述第二控制单元用于根据所述水平度数据控制所述调节单元调节所述发射平台的水平度至预设值。

3.根据权利要求1所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述采集单元包含箭上机和箭上惯组设备，其中，所述箭上惯组设备用于液体火箭姿态的数据采集，所述箭上机设备用于根据采集的数据计算火箭的不水平度。

4.根据权利要求1所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述调节单元包含支腿油缸，所述支腿油缸一端与所述发射平台连接，所述调节单元通过调节所述支腿油缸的伸缩来调节所述发射平台的水平度，使得所述发射平台水平度达到预设要求。

5.根据权利要求4所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述发射平台上设置有用于测量所述发射平台水平度的水平仪。

6.根据权利要求5所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述水平仪位于所述发射平台的下表面，支腿油缸均匀分布在所述发射平台的下部。

7.根据权利要求4所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述支腿油缸包含第一支腿，第二支腿，第三支腿和第四支腿，在同一水平面上，所述第一支腿，所述第二支腿，所述第三支腿和所述第四支腿之间连线构成正方形，且所述第一支腿和所述第三支腿用于调整发射平台的俯仰角度，所述第二支腿和所述第四支腿用于调整发射平台的偏航角度。

8.根据权利要求1所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，还包含固定单元，所述固定单元用于将液体火箭固定在发射平台上，保证液体火箭的稳定。

9.根据权利要求8所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，所述固定单元包含设置在液体火箭箭脚下部的箭脚支撑盘和用于固定火箭箭脚的防风装置，所述箭脚支撑盘用于支撑液体火箭，所述防风装置用于锁定火箭箭脚，避免在火箭发射过程中发生整箭的移动，保证液体火箭的发射安全。

10.根据权利要求9所述的液体火箭垂直度调整系统，其特征在于，在所述火箭箭脚和箭脚支撑盘之间设有压力传感器，所述压力传感器用于测量液体火箭箭脚的压力数据，以根据所述压力数据调节所述箭脚支撑盘的高度，使得所述液体火箭箭脚对所述箭脚支撑盘的压力达到预定要求。