空间飞行器设计第7讲

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1、第7讲火箭控制系统1火箭在实际飞行中，常受到来自运载火箭本身和外部环境的各种干扰力和干扰力矩的的影响而偏离预定的飞行状态。来自火箭本身的有:由于箭体结构制造偏差造成的结构不对称，结构轴线偏移和质心偏移，发动机制造和安装偏差造成的推力轴线偏斜，多台发动机工作不同步，液体推进剂在贮箱内晃动，控制设备制造误差引发的干扰力和干扰力矩。来自外部环境的干扰和干扰力矩主要是风的影响.27.1火箭控制系统的功能和组成运载火箭的控制系统是运载火箭的重要组成部分,堪称运载火箭的“心脏”。主要包括导航系统（对导弹叫制导系统）、姿态控制系统、电源配电系统和测试检查发射控制系

2、统。其中，前三项为箭上系统，总称飞行控制系统；后一项为地面系统，称测试发射控制系统。3控制系统功能：①控制运载火箭的质心在设计的轨道平面内按预定的轨道飞行，并根据设计的飞行位移和飞行速度及时关闭发动机，保证运载火箭入轨精度；②克服种种干扰影响，控制运载火箭绕质心运动的姿态角（俯仰、偏航、滚转）偏差在允许范围内，使火箭保持稳定飞行；4控制系统功能(contd.)③对箭上设备供、配电和对各种自动装置实施预定飞行时序的配电控制；④传输和处理箭上其他系统的工作信息和控制其状态变化。5地面测试发射控制系统的任务:检查测试飞行控制系统和其他电气设备的性能和参数；

3、给运载火箭装订飞行程序和数据；进行精确方位瞄准；在运载火箭经检查测试合格、符合技术要求之后，实施发射点火控制。6箭上飞行控制系统则用来控制运载火箭的飞行状态。运载火箭在飞行中，其飞行状态可以分解为两种运动：一是火箭质心的运动，二是火箭绕质心的转动。飞行控制系统的任务就是控制火箭这两种运动状态符合设计所规定的要求。7图7.1火箭控制系统结构框图8惯性制导(inertialguidance)的测量仪表主要应用惯性仪表测量箭体的运动参数;复合制导(combinedguidance)的测量仪表可应用星光敏感器、图像匹配器、无线电测距设备、定位定向接收机等。中

4、间装置根据测量的箭体运动参数进行计算和综合处理，随后控制执行机构工作，通过推力矢量改变姿态和运动轨迹，可采用模拟量和数字两种控制方式。9姿控系统的执行机构是舵机、摇摆发动机和姿控喷管；制导系统的执行元件是电磁阀和电爆器件。测试发控系统是人与运载火箭发射前人机对话的主要接口。以掌握箭上设备的工作情况和各种参数，并将飞行参数向箭上设备装订，最后控制运载火箭的发射。107.2制导系统制导系统(guidance and control system)亦称导引和控制系统。运载火箭制导系统是导引和控制火箭按选定的规律调整飞行路线并导向预定轨道区的全部装置。制导系

5、统主要任务是：控制飞行精度，使有效载荷精确入轨。11火箭飞行中的主要干扰外部干扰：由发动机特性、大气状态、飞行程序、箭体结构等偏离设计计算条件所导致。内部干扰：由火箭内部的各仪表、陀螺平台、瞄准装置等的工艺制造和安装误差所引起。火箭的制导：利用导航参数按给定的制导律，用推力矢量控制火箭质心运动，达到期望的终端条件时准确关机，保证空间有效载荷精确进入轨道目标区。12火箭制导系统组成与功用火箭制导系统由测量装置和制导计算机组成。系统的基本功能为实现弹道控制：1）测量；（位置，速度）2）计算；（位置，速度；并加以判断）3）导引；（产生导引信号以修正偏差；法

6、、横向）4）关机控制（有多种控制泛函：射程偏差、速度、运行周期等）13式中，——为关机时刻；V，a——分别为关机时刻速度和位置，在惯性坐标系中各有三个分量Vx,Vy,Vz；x,y,z；以射程偏差函数为例射程控制即要使该偏差函数当满足时，发出关机指令，结束动力飞行段。真值标准值14制导方式显式制导——对控制泛函连续测量和比较；计算量大。摄动制导——只在关机点前进行测量、计算。又称小偏差条件下的线性化方法。火箭实际飞行中会偏离射面或在射面内偏离预定轨道，故需作横向控制。横向偏差15制导系统需随时测出飞行器的及时参数，如姿态角、航向、速度、位置等。根据测取

7、上述导航参数的物理原理及技术的不同，形成了惯性制导系统、无线电制导系统、天文制导系统、卫星制导系统等。制导系统类型：1.惯性制导是一种先进的制导方式，其原理却非常简单。它通过测量飞行器本身的加速度，经积分和运算来获得所需的速度和位置参数。16设在飞行器上装有一个三轴稳定平台，其三个轴分别稳定在地理坐标系的三轴上（即指向正东、北及天顶）。在该陀螺稳定平台上分别沿东向和北向装两个加速度计AE,AN，用以测量飞行器东西向和南北向的加速度aE,aN。惯性导航原理图17对加速度信号aE,aN作一次积分，得相应的飞行器速度分量，对所得的速度vE,vN再次积分，得

8、相应的飞行器位置变化量；与初始经、纬度相联系，可得飞行器所在地理位置的经纬度值，供导航定位用。18惯性制导系