可重复使用运载器的工程化姿态控制系统设计

基于古典控制理论和BTT倾斜转弯控制技术,设计了可重复使用运载器(RLV)的大气层内姿态稳定控制系统.控制系统采用角速率和加速度作为PI控制的反馈信号,系统实现简单,可同时满足侧向大、小扰动情况下的姿态稳定控制要求.数值仿真结果表明该方案有效可行.     

可重复使用运载器异构多执行机构混合算法研究

基于线性规划方法对可重复使用运载器提出了一种简单有效、物理意义明显的实时在线控制分配算法，根据高空段飞行器的参考轨迹，提出了合理的系统结果和实现方法。将控制律给出的控制力矩合理分配给气动面的反作用控制系统，并考虑了实际的硬件特性要求。分析了算法中参数的设置方法和其对应的物理意义。避免了由于执行机构和其工作模式更换导致飞行器出现瞬态变化和系统颤振。最终的仿真表明了该算法具有明显的效果。     

重复使用运载器末端区域能量管理轨迹鲁棒性分析

为研究重复使用运载器末端区域能量管理段下滑轨迹线的鲁棒性,提出一种基于质点动力学的轨迹鲁棒性分析方法。首先给出基于质点动力学的轨迹设计方法,根据轨迹设计的原理,提出TAEM轨迹鲁棒性的概念,给出了影响TAEM轨迹鲁棒性的不确定性因素。然后定义了能量梯度,将能量梯度作为评价能量积累和消耗能力的指标,并分析了影响能量梯度的主要因素。接着给出了末端区域能量管理轨迹鲁棒性的分析方法。最后,以某重复使用运载器( RLV)为例,分析了建模不确定性对能量走廊和标称轨迹剖面的影响。     

可重复使用运载器RCS修正脉冲调宽算法研究

主要结合可重复使用运载器的特殊工作环境、任务需求和实际的工程硬件的可实现性提出了修正脉冲调宽RCS系统指令处理逻辑，使用具有离散性能的推力器对控制律给出的线性变化控制量进行近似拟和．与常规的基于死区的处理方法相比较．既保证了姿态控制系统对指令姿态的跟踪能力．稳定性能达到期望要求．同时姿态角速度和角度的振荡频率降低到1Hz以下．RCS系统燃料消耗降低57％，也不会对推力器性能产生苛刻的要求。最终的仿真结果验证了该方法的有效性和适用条件。     

运载火箭垂直回收着陆段制导导航与控制技术研究

子级垂直回收的一项关键技术是制导、导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)技术.瞄准未来的组合体回收模式,结合现阶段发动机、着陆支架等环节的性能和特点,全面分析了返回过程中最关键的垂直着陆段对控制系统的需求和约束条件,研究了一种针对垂直着陆段的GNC技术,包含高精度导航算法、...     

载人运载火箭测试发射控制网络系统设计及关键技术

载人运载火箭测试发射控制网络是为适应载人运载火箭远距离测试和发射控制而研制。测试发射控制网络采用热备份路由及重传验证信息传输方法,实现了高效、高可靠的地面信息交换平台。本文对载人运载火箭测试发射控制网络研究背景、系统设计、系统功能、可靠性设计、关键技术实施等方面进行论述。     

Attitude Control Algorithm for Reusable Launch Vehicle in Reentry Flight Phase

An attitude control algorithm for reusable launch vehicle （RLV） in reentry phase is proposed based on sliding mode variable structure control technique. The aerodynamic characteristics of RLV vary rapidly, and the serious uncertainties and nonlinearities exist in the reentry flight phase. As an example, American X-34 technology demonstrator is investigated. The chattering brought by the variable structure control technique is eliminated efficiently by choosing a suitable reaching law and a sign function. A control mode of reaction control system is presented based on the RCS scheme of X-34 vehicle. As two different attitude control effectors, aerosurfaces and RCS, are employed in the reentry flight phase, a composite control strategy based on the dynamic pressure variety is presented. Also, an actuator model and a RCS thruster model are built. Analysis and nonlinear simulation results show that the sliding mode variable structure controller achieves better performance, the overshoot and steady-state error are only 0.7% and 0.04° respectively.     

载人火箭地面测发控系统改进技术

CZ-2F火箭是中国唯一在役的载人火箭,目前其使用的地面测发控系统已经超过10年,为了满足空间站工程的测试与发射需求,亟需开展更新改造.在分析了国内外运载火箭地面测发控技术的基础上,根据载人火箭的特点形成地面测发控系统的设计原则,兼顾继承性与先进性,提出了新型载人火箭地面测发控系统改进总体方案,并主要从地面测发控系统的...     

可重复使用运载器滑翔段轨迹快速优化方法

针对滑翔段轨迹多约束、强耦合、高非线性等特点,设计了一种全新的纵向飞行剖面,实现了终端约束和拟平衡滑翔条件的自动满足,并将滑翔段轨迹优化问题转化为一个双参数寻优问题。同时考虑倾侧角大小及其变化率约束,对侧向轨迹进行了设计。最后,设计了一种改进粒子群优化算法,通过外点法对约束条件进行处理,并提出一种变异策略对种群多样性进行准确控制,避免粒子陷入局部最优。仿真结果表明,该优化方法能够快速生成满足所有约束条件的最优滑翔轨迹;对于航程超过3000 km的场景,轨迹优化平均时间仅为5.94 s,最大终端相对误差不超过1%。     

重复使用运载器陶瓷热防护系统

热防护系统是航天飞行器,特别是重复使用运载器的关键技术之一.该系统要求材料具有隔热效果好、重量轻、结构简单、安装和更换容易、寿命长等特点.本文介绍了重复使用航天飞行器的陶瓷热防护系统的材料组成、性能、制备及构件的安装.     

亚轨道飞行器推力常值损失下应急上升段飞行程序设计

针对亚轨道飞行器(SRLV)应急返回任务,在分析不同故障时段所具有的飞行特点的基础上,提出一种发动机推力常值损失下应急大气上升段飞行程序设计方法.该方法采用随动压变化的正攻角设计方案用于故障后飞行程序设计,使得不同故障时刻SRLV均能够安全到达低动压环境.仿真结果表明,不同故障时刻,该方法均能够在满足弯矩约束、攻角限制的情况下使得故障飞行器安全到达预定高度,为后续应急返回机动飞行提供了有利的飞行条件.     

运载器姿态控制重构研究

运载器发动机推力下降故障模式较为常见,对于典型的非致命故障采取姿态重构控制技术往往可以挽救一发飞行任务。随着计算机软件与硬件技术水平的提升,控制重构技术具有重大的意义。在此,开展了运载器故障动力学建模研究,提出了运载器重构控制技术方案。介绍了一种姿态重构控制技术研究成果,包括控制律设计与控制重分配方法,并针对所提出的姿态重构方法开展了仿真验证,结果表明姿态重构技术在发动机推力故障下仍可保证运载器良好的姿控性能与稳定能力。最后展望了智能控制技术发展前景。     

基于FlightGear重复使用运载器进场着陆视景仿真系统

仿真验证是飞行控制系统设计中不可或缺的环节.利用飞行仿真计算机和飞行控制计算机搭建重复使用运载器(RLV)进场着陆仿真验证平台,并针对FlightGear开源、扩展性强的优点,借助FlightGear外部输入输出接口,将飞行仿真计算机数据通过UDP网络通信协议驱动FlightGear可视化引擎,全面展示飞行位置、飞行姿态以及任务场景,验证飞行控制策略的合理有效性,为完善飞行控制系统提供支撑.     

重复使用运载器气动数据库设想

分析了建设重复使用运载器气动数据库的必要性,提出了此数据库的基本框架和基本要求,设想了整个数据库软件的基本形式.最后指出,在我国重复使用运载器研制的起步阶段就关注气动数据库的建设工作,不仅有利于后续工作的开展,而且对于整个气动研究工作再上新台阶将产生重要的推动作用.     

载人航天运载火箭地面测试发射控制系统

简要介绍了载人航天运载火箭地面测试发射控制系统功能、组成以及设备构成,该测试发射控制系统的研制成功为后续地面测发控系统研制打下了良好的基础.     

重复使用运载器贮箱的研制现状

研制轻质高强度的低温贮箱是美国发展重复使用运载器（RLV）的最关键技术之一。介绍了低温贮箱的研制情况和存在的问题,以及给我们的启示。     

重复运载器金属热防护系统的述评

金属热防护系统（TPS）是美国研制重复使用运载器（RLV）的关键技术之，与航天飞机轨道器的陶瓷防热瓦相比，该系统具有绝热有效、重量轻、方法简单，容易安装和替换等特点，本文介绍了这种防热系统的特点，结构，以及测试方法。     

模糊变结构在可重复使用运载器再入轨迹跟踪上的应用

为了减小可重复使用运载器(RLV)轨迹跟踪对气动参数及初始状态的依赖性,克服鲁棒性差的问题,在纵向跟踪制导方面,提出一种基于模糊变结构的轨迹跟踪方法。在侧向轨迹控制方面,提出了一种快速收敛的在线规划倾侧角反向时机的方法。仿真结果表明：采用模糊变结构的纵向跟踪控制方法,在存在较大初始状态误差及气动参数摄动的情况下,能较好地实现对标准轨迹的稳定跟踪,具有较强的鲁棒性;采用所设计的侧向制导方法可以实现反向点的在线规划,有效地提高了侧向制导的精度。     

运载火箭控制系统信号综合测试方法

针对传统测试设备的不足,为满足新型运载火箭控制系统测试的需求,对控制系统信号的综合测试方法进行研究。以标准化、模块化为目标对软件进行总体设计,对综合测试系统的功能结构和运行方式进行描述,采用软件工程方法对系统运行的信息流进行归纳与分析,确定各类信号的采集方案,提出多路信号的协同采集与处理方法。应用结果表明:系统性能稳定,功能集成度高,能有效提高测试的效率和信息化水平。     

考虑可重复使用运载器耦合特性的改进标准轨道制导方法

针对可重复使用运载器再入返回段非线性、高动态、多约束、强耦合的特点,对传统意义上先根据飞行任务给定攻角变化曲线,再采用跟踪技术通过调整倾侧角进行轨迹跟踪的标准轨道制导方法进行完善,在考虑三通道耦合及实际飞行能力的情况下,通过引入攻角保持回路,改善倾侧角变化对实际攻角的影响。仿真结果表明,实际攻角能够很好保持在给定攻角附近,跟踪误差小于1°,从而保证再入制导精度,实现对标准轨道的稳定跟踪,使传统的单控制变量制导方法具有更广泛的适用性。