CN1107114A - 控制装置 - Google Patents

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Abstract

控制运载火箭飞行姿态的装置装有推进装置及 有效载荷。运载火箭具有至少一个控制器及至少一 个导向元件以横向于火箭纵轴改变飞行轨道。导向 元件为一个可旋转的导向翼，此导向翼设置在运载火 箭的侧面区域。一个定位元件与导向翼相连，为了抵 销横向力，此定位元件由控制器控制根据传感器提供 的侧风载的测量值将导向翼(2)定位。

Description

本发明涉及一种控制运载火箭飞行姿态的装置，这种火箭装有推进装置及有效载荷，并且具有至少一个控制器以及至少一个导向元件以横向于火箭纵轴改变运载火箭飞行轨道。
运载火箭运动方向横向于火箭纵轴的改变可以借助于推力矢量控制得以实现。这需要设置可旋转的推进器，借助于这种推进器可相对于火箭纵轴改变推进方向。
对于特殊的导弹（特别是空对空导弹），借助于舵面转向是公知的，这种舵面可相对于导弹纵轴调节并且通过当时的气流提供横向力。
在推进运载火箭时，在上升段，在大气层中横向载荷由于疾风而出现。这种附加力被引入到火箭结构中并且事先很难计算。因此需要预先给出一个安全系数，设计运载火箭结构时要考虑这个安全系数。如果这样设计的火箭投入使用，则必须使最大允许风速小于结构设计时假定出现的风速，以便保证有足够大的安全距离以避免损坏。如果出现更高的风速，则不能发射。因为发射可能性的大小还受其它多种因素限制，所以运载火箭的可供使用性由于对出现疾风的敏感而大大降低。
对风的敏感还导致可发射时刻的减少，另一方面，火箭结构必须足够稳固，以便能在允许的范围内承受存在的横向力。由此导致运载火箭质量增加，结果是在同样的推进功率下可携带的最大有效载荷减小。
本发明的任务是减少疾风对上述装置的影响。
按照本发明，这个任务是这样完成的，即导向元件为一个可旋转的导向翼，此导向翼设置在运载火箭侧面区域，并且一个定位元件与导向翼相连。为了抵销横向力，此定位元件由控制器控制，根据传感器提供的侧面风载的测量值将导向翼定位。
基于有这样的控制表面，火箭可依据实际出现的疾风主动进行调节。由于有传感器则产生了这样一种可能性，即在飞行时疾风对火箭的影响可以测量。根据获得的测量值调节系统可以预先给定各控制表面所需要的偏转量，以便抵抗疾风力的扩展。由此提供了一个用于火箭的减少疾风影响的系统。
借助于控制表面，由质量加速度和质量减速度引起的横向力通过导入适当的反向力得以衰减即理想地被抵销。
在应用于没有单独的推力矢量控制器的火箭时，导向翼可用来进行轨道控制，以便根据其任务需要影响火箭的姿态并保持火箭在预先确定的轨道上。姿态控制和轨道控制使用附加的传感器，这些传感器被连接到控制系统中。
本发明也可以用在其它的运载系统中，以便在完成一个任务时可主动控制有效载荷。因此，可以延长实际的可完成任务的时间并且对重新进入较厚的大气层可进行直接控制。为了将力施加到运载火箭上，将导向翼设置成大致成三角形的形状，并且导向翼从而向运载火箭的底边关于纵轴径向向外逐渐变尖，这样可获得一个具有足够稳定性的、有利的空气动力模型组合体。也可以将导向翼设置成带后掠或不带后掠的直角形状。
在导向翼背向运载火箭的延伸区设置一个平的部分，可以改善功能。
沿运载火箭周边约等距离地设置4个导向翼，可抵销来自不同方向的疾风的影响。
为了减少导向翼的数量，可卸去一部分载荷，特别是在火箭承受横向力的区域卸荷，建议将多级运载火箭的导向翼设置在第二级向第三级过渡的区域。
将导向翼设置在包裹第二级与第三级间过渡区域的过渡区外壳上，是特别合乎多级火箭的要求的。
为了保证高效率，建议给控制器设置两个相互重叠的调整回路。
为了将导向翼精确保持在预先给定的位置上，内回路可以由导向翼、定位元件、控制器及位置传感器组成。
为了高质量地抵销横向力的影响，外回路具有若干检测侧风影响的传感器、一个减少疾风影响的控制器以及一个额定值发生器。
附图简要描述了本发明的实施例。
图1是已装上导向翼的运载火箭的侧视图。
图2是表示基本功能元件的方框图。
控制运载火箭（1）的飞行姿态的装置主要包括在运载火箭（1）的侧面区域（3）内安置的导向翼（2）。
在图1所示的实施例中，运载火箭（1）由第一级（4）、第二级（5）、第三级（6）以及有效载荷（15）构成。在第二级（5）与第三级（6）间的过渡区设置了过渡区外壳（7）并且在过渡区外壳（7）上设置了4个导向翼（2），这些导向翼等分过渡区外壳（7）的外围，因此，它们互相间隔约90°角。
导向翼（2）具有大致呈三角形的结构。导向翼（2）从而向运载火箭的底边向外逐渐变尖。特别应在导向翼（2）背向运载火箭（1）的区域设置一个平的部分（9）。导向翼（2）的面向第一级（4）的边线基本上与运载火箭（1）的纵轴线（9）垂直。面向第三级的边线相对于纵轴线（9）倾斜并且在其背向运载火箭（1）的端部区域通过平的部分（8）过渡到面向第一级（4）的边线。
与运载火箭（1）可摆动连接的导向翼（2）的初始位置是这样确定的，即导向表面（10）最好对沿纵轴线（9）方向的气流仅有很小的阻力。
基本功能元件的组合电路在图2中给出。导向翼（2）与一个定位元件（11）相连，定位元件（11）的功能由控制器（12）控制。控制器（12）利用由检测侧风对运载火箭（1）的影响的传感器（13）来的测量信号。为得到一个闭合的控制回路在导向翼（2）的区域设置一个位置传感器（14），此位置传感器也与控制器（12）相连。为了建立一个复杂的控制系统，还可以使用一些附加的传感器。
为了减少干扰的影响，给控制器（12）特别设置了两个相互重叠的控制回路。特别应提供一个带内回路和外回路的串联控制结构。
内回路由导向翼（2）、定位元件（11）、控制器（12）以及位置传感器（14）组成。此回路用于导向翼（2）的位置控制。
外回路为内回路加上若干检测侧风影响的传感器（13），一个减少疾风影响的控制器（18）以及一个额定值发生器（16）。两个回路都对受疾风（17）影响的火箭（1）起作用。

Claims (9)

1、控制运载火箭飞行姿态的装置，它装有推进装置和有效载荷，并且具有至少一个控制器及至少一个导向元件以横向于火箭纵轴改变运载火箭飞行轨道，其特征在于，导向元件为一个可旋转的导向翼，此导向翼设置在运载火箭(1)的侧面区域(3)，并且一个定位元件(11)与导向翼(2)相连，为了抵销横向力，定位元件(11)由控制器(12)根据传感器(13)提供的侧面风载的测量值控制导向翼(2)定位。
2、权利要求1所述装置的特征在于，导向翼（2）设置成大致三角形的，并且从面向运载火箭（1）的底边关于纵轴线（9）径向向外逐渐变尖。
3、权利要求1或2所述装置的特征在于，导向翼（2）背向运载火箭（1）的延伸区设置一个平的部分（8）。
4、权利要求1至3之一所述装置的特征在于，沿运载火箭（1）的周边约等距离地设置4个导向翼（2）。
5、权利要求1至4之一所述装置的特征在于，多级运载火箭（1）的导向翼（2）设置第二级（5）与第三级（6）间的过渡区内。
6、权利要求5所述装置的特征在于，导向翼（2）设置在包裹第二级（5）与第三级（6）间过渡区的过渡区外壳（7）上。
7、权利要求1至6之一所述装置的特征在于，给控制器（12）设置两个相互重叠的控制回路。
8、权利要求1至7之一所述装置的特征在于，内回路由导向翼（2）、定位元件（11）、控制器（12）以及位置传感器（14）组成。
9、权利要求1至8之一所述装置的特征在于，外回路具有若干检测侧风影响传感器（13）、一个减少疾风影响的控制器（18）以及一个额定值发生器（16）。
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