谷神星一号运载火箭的时变模态参数辨识

针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法,引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪,能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例,开展飞行遥测数据的快速处理,准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态,辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合,验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的,服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

复杂海况下运载火箭自对准算法

运载火箭对发射窗口和对准精度高度敏感。海上发射平台受风、浪、涌等复杂海况的综合作用产生低频、宽幅、时变晃动,传统的静基座对准方法不能适应,有限的配套设施又不便开展光瞄辅助对准或传递对准。对此,设计了基于晃动辨识的粗对准方法和在线修正量测噪声阵的精对准方法。对粗对准的影响因素进行量化分析,实时辨识晃动周期和幅值,结合器件特性和精度要求在线调整粗对准时间,为精对准创造良好初始条件。精对准过程中在线修正卡尔曼滤波器的量测噪声阵,从而适应发射平台的时变晃动。所设计方法于2023年9月在谷神星一号海射型运载火箭上完成了飞行实验验证,在晃动角度约2.1°、角速度约2.35(°)/s的复杂海况下,粗对准算法实现了300.0s内小于2.0°的精度,精对准算法实现了小于0.3°的精度,保障了运载火箭首飞成功。