CN111638644A - 一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，包括以下步骤：步骤一：确定轴向过载作为在线实时判别分离的基础变量；步骤二：计算分离前后飞行器轴向过载数值；步骤三：根据步骤二中所得，确定安全分离时轴向过载安全阈值；步骤四：对实时过载信号进行均值滤波处理；步骤五：确定安全分离时刻轴向过载和安全分离阈值之间的大小关系；步骤六：记录步骤五中满足安全分离条件的时间点，作为主级启控时刻。本发明根据飞行器两级分离前后轴向过载出现明显变化的特点，据此实现对两级分离时刻进行在线实时判别。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器飞行控制领域，具体涉及飞行器两级安全分离在线实时判别方法，通过此法可确保两级分离安全，改善控制系统对分离过程中不确定因素的适应能力，提高两级分离前后飞行控制品质。
背景技术
当前无人飞行器研究逐步趋向于高速、远航程发展，而提高飞行速度和航程常采用多级助推方案，由助推级将飞行器加速至一定的飞行速度，然后通过级间分离机构将其抛离。级间分离前后飞行器的气动特性差异较大，助推级和主级之间的相互作用力和气动干扰容易引起飞行器姿态失稳，飞行控制系统对前后级分离时刻的精准判断要求较高。主级启控时机直接关系到整个飞行试验的成败，若主级提前启控易造成前/后级之间出现碰撞的危险；主级滞后启控则主级存在无控段飞行风险。
因此，级间安全分离时刻的准确判断作为级间分离稳定控制的关键环节，有必要通过相应措施进行在线实时判别，确保分离后主级及时启控，提高飞行器级间分离控制品质。
发明内容
为解决飞行器级间分离时刻判别带来的一系列问题，寻找与两级分离前后相关性较强的飞行状态量---轴向过载作为分离时刻判别的基本参量，从一定程度上规避了分离后主级启控时机不准带来的影响，并提供一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，实现级间分离稳定控制。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，包括以下步骤：
步骤一：确定轴向过载作为在线实时判别分离的基础变量；
步骤二：计算分离前后飞行器轴向过载数值；
步骤三：根据步骤二中所得，确定安全分离时轴向过载安全阈值；
步骤四：对实时过载信号进行均值滤波处理；
步骤五：确定安全分离时刻轴向过载和安全分离阈值之间的大小关系；
步骤六：记录步骤五中满足安全分离条件的时间点，作为主级启控时刻。
进一步，所述步骤一：分析助推级分离时刻的气动特性变化规律，分离前后飞行器质量、轴向力系数等参数发生变化，例如质量虽变化较大，但不易直接测量；分析结果一致表明分离前后飞行器轴向过载信号能够直接体现前后级安全分离，选择轴向过载作为安全分离判别依据，物理意义明确，且工程应用上更容易实现。
进一步，所述步骤二：选取飞行器典型助推级分离状态，分别计算出飞行器在助推级分离前、分离后所对应的轴向过载大小，确认其大小关系。
进一步，所述步骤三：安全阈值的设定，主要取决于步骤二中所计算出的两个理论数值，且该数值的取值必须在上述两个理论数值所确定的范围内。
进一步，所述步骤四：对惯测组合测量装置实时输出的过载信号进行滤波处理，避免因过载信号中的毛刺和野值导致分离误判，一般工程上采取多次采样取均值的方法对信号进行快速处理，将处理后的轴向过载与安全阈值进行比较。
进一步，所述步骤五：根据步骤三中所设定的安全阈值，在线比较步骤四中的实时轴向过载与安全阈值的大小。当实时轴向过载小于安全阈值时，表明助推级与主级之间已安全分离；反之，则未分离完全。
步骤六：记录步骤五中满足安全分离条件的时间点，作为主级启控时刻。
本发明的优点包括：分析典型分离状态下飞行器的气动特性变化规律，确定了以飞行器轴向过载作为两级分离时刻判别的基本参量，物理概念清晰；通过计算和分析，设定了安全分离时刻的安全阈值，并多次采样对实时轴向过载进行均值滤波处理，防止出现分离误判，将处理结果与安全阈值进行实时比较，确定安全分离时间点，作为主级启控时刻；本发明从工程应用角度出发，在不增加任何硬件成本的基础上，解决了两级飞行器分离时刻的在线判别，避免助推分离后主级提前或滞后启控，降低分离控制风险，提高飞行器飞行控制品质，确保分离安全。
附图说明
图1为本发明所提供的基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法实施流程图。
具体实施方式
下文中，结合附图和实例对本发明作进一步阐述。
获取飞行器两级分离时刻飞行状态，计算分离前后轴向过载理论值Nx1、Nx2；以分离前轴向过载Nx1计算为例，计算公式如下式(1)所示；
其中：q1为分离时刻飞行器实时飞行动压；k1是关于Ca1,S1,Mass1相关的f函数，Ca1,S1,Mass1分别为飞行器轴向力系数、横截面积、质量；
Nx2的计算方法与Nx1的计算方法相同，在此不再赘述。
根据式(1)计算出分离前、分离后的轴向过载理论数值，确定二者之间的大小关系，数学关系表达式如式(2)所示；
Nx2＜Nx1 (2)
根据式(2)划定分离安全阈值取值范围，对Nx_safe的取值进行约束，约束条件如式(3)所示；
Nx2＜Nx_safe＜Nx1 (3)
根据式(3)，在约束条件所规定的范围内，设定安全分离阈值Nx_safe
Nx_safe＝Nx2+(Nx1-Nx2)×a (4)
其中，比例系数a的取值范围在0～1以内。
飞行器在恶劣振动环境下，惯性测量装置输出的过载信号中包含了高频成分，导致过载输出值在其稳态值附近波动，容易引起分离时刻的误判，需对实时轴向过载进行在线多次采样并取均值，计算公式如下式(5)，获得处理之后的轴向过载Nx；
其中n数值一般取n＝10,15,20…
将Nx与所设定的安全阈值Nx_safe进行比较，当二者满足以下约束条件时，表明前后两级安全分离。
Nx＜Nx_safe (6)
并记录满足式(6)所对应的时间点t，作为分离后主级启控时刻。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定轴向过载作为在线实时判别分离的基础变量；
步骤二：计算分离前后飞行器轴向过载数值；
步骤三：根据步骤二中所得，确定安全分离时轴向过载安全阈值；
步骤四：对实时过载信号进行均值滤波处理；
步骤五：确定安全分离时刻轴向过载和安全分离阈值之间的大小关系；
步骤六：记录步骤五中满足安全分离条件的时间点，作为主级启控时刻。
2.依据权利要求1所述的一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，其特征在于，所述步骤一：分析助推级分离时刻的气动特性变化规律，分离前后飞行器质量、轴向力系数等参数发生变化，分析结果一致表明分离前后飞行器轴向过载信号能够直接体现前后级安全分离，选择轴向过载作为安全分离判别依据，物理意义明确，且工程应用上更容易实现。
3.依据权利要求1所述的一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，其特征在于，所述步骤二：选取飞行器典型助推级分离状态，分别计算出飞行器在助推级分离前、分离后所对应的轴向过载大小，确认其大小关系。
4.依据权利要求3所述的一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，其特征在于，所述步骤三：安全阈值的设定，主要取决于步骤二中所计算出的两个理论数值，且该数值的取值必须在上述两个理论数值所确定的范围内。
5.依据权利要求4所述的一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，其特征在于，所述步骤四：采取多次采样取均值的方法对信号进行快速处理，将处理后的轴向过载与安全阈值进行比较。
6.依据权利要求5所述的一种基于轴向过载的两级飞行器分离时刻判别方法，其特征在于，所述步骤五：根据步骤三中所设定的安全阈值，在线比较步骤四中的实时轴向过载与安全阈值的大小；当实时轴向过载小于安全阈值时，表明助推级与主级之间已安全分离；反之，则未分离完全。
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