运载火箭新一代遥测系统中FC-AE-1553总线技术应用研究

随着军用电子系统对网络实时性和确定性的要求越来越高,FC-AE-1553作为一种实时性强、确定性高的基于光纤通道的命令响应网络协议,已经越来越广泛地应用于航空电子环境的数据传输、飞行控制等领域。介绍了FC-AE-1553总线的基本特性,并以运载火箭遥测系统为背景,构建简单星形网络拓扑,采用FC-AE-1553总线协议为通信载体,验证FC-AE-1553总线技术在运载火箭遥测系统中的适用性。

一种运载火箭多胞自适应姿态控制框架

针对按照时间系留法所设计的运载火箭姿态控制系统适应性较差的情况,提出一种能够适应大气层全程飞行段的多胞自适应姿态控制框架。该框架所基于的假设为箭体在整个气动舵控飞行段中的动态特性能够通过特征时间点系留模型的多胞凸组合表示,并以该假设为基础给出了针对气动不确定、舵效不确定情况下的自适应姿态控制算法。为了应对该自适应姿态算法中参数不匹配所带来的参数振荡和模型不匹配所带来的建模误差,设计了基于参数辨识和扰动补偿的改进方法。所述的三种方案均通过理论分析确保了所设计控制系统的稳定性,将其应用到箭体姿态控制中可以实现对箭体姿态角的有效控制,控制精度高而且需要调节的参数少,具有较好的工程应用前景。

面向火箭数据分析和故障诊断的数据仓库设计

针对运载火箭测试发射数据分散存储且数据利用不充分的问题,提出了以数据仓库技术对火箭的测试发射数据进行组织和存储管理,实现对火箭数据价值的深层次发掘;根据运载火箭数据的特点,提出了数据仓库基础层、源数据层、数据交互层、数据架构层、应用层、显示层6个层次的框架设计;通过面向火箭数据分析和故障诊断的数据清洗规则设计,对不同来源、不同格式的数据进行清洗和加载;对火箭的数据应用方向进行了探索,设计了包络分析、相关性分析、故障诊断等数据分析模块;用某型号火箭测试发射数据进行了验证,结果表明,数据仓库方案切实可行,为后续火箭数据的持续性管理和分析奠定了基础。

运载火箭飞行振动信号盲源分离方法

针对振动信号在火箭复杂结构传播过程中产生强卷积效应导致振动源信号提取精度低的难题,研究了一种基于卷积盲源分离的火箭振动信号自适应提取方法。该方法基于振动源之间的独立性,建立了四阶统计量的目标函数,并采用随机梯度法实现了参数的自适应更新,优化建立火箭复杂结构系统的逆滤波器结构,进而得到原始的振动源信号。通过对某运载火箭发动机的高频振动数据进行分析,结果表明:相较于线性自适应盲源分离方法和非线性自适应盲源分离方法,卷积自适应盲源分离由于考虑了实际中的卷积效应和欠定情况,分离结果中能够明显找到与涡轮转动和燃烧对应的频率以及一些宽频激励,验证了提出方法的有效性。

火箭定姿定点入轨的最优制导方法

提出了一种能够给定入轨姿态并同时满足速度位置的6个终端约束的最优制导方法。针对发动机推力方向可控的运载火箭,建立了火箭定姿定点入轨的最优控制命题。通过引入新的控制变量将带等式约束的命题转化为控制变量无约束问题,并通过推导得到可解的哈密顿方程组,通过代数方法对哈密顿方程进行推导和简化,再利用数值算法方便地计算出协态变量,进而得到最优控制量曲线。仿真结果表明,通过调节推力的方向,本文提出的制导方法能够使火箭以预定的姿态在指定的入轨点进入目标轨道。

新一代运载火箭分离系统可靠性设计方法研究

The LM-5B carrier rocket is a new-generation large-scale launch vehicle developed for space station launch missions.Its separation system includes fairing separation,space station module-rocket separation,and booster separation.The separation systems play an important role in the design of launch vehicles,and any failure during the separation process would affect the final completion of rocket flight mission.This paper presents the reliability design and analysis for the LM-5B carrier rocket separation system.The LM-5B carrier rocket separation system was developed on the basis of the LM-5 carrier rocket separation system,inheriting its booster separation system and fairing separation system scheme,which maximizes the reliability of the separation system.The reliability of the LM-5B fairing separation system,booster separation system and space station module-rocket separation system can meet the requirements for launch missions.The demonstration results prove that redundant design of the separation systems was the most effective technical means to improve reliability.

液氧甲烷发动机发展现状

液氧甲烷发动机使用维护便捷、成本低、性能高,是重复使用火箭动力的发展方向。首先,介绍了液氧甲烷发动机的发展情况,包括美国的猛禽发动机和BE-4发动机、俄罗斯的RD-162发动机以及欧洲的普罗米修斯发动机等;总结了中国在液氧甲烷发动机领域的研究工作;介绍了蓝箭航天80吨级液氧甲烷发动机及200吨级液氧甲烷全流量补燃循环发动机。然后,分析了液化天然气中甲烷含量对液氧甲烷发动机的影响及火箭发动机用液化天然气的优选情况。最后,指出了液氧甲烷发动机的关键技术和发展方向,建议研发大推力重复使用液氧甲烷全流量补燃循环发动机。

基于实时操作系统的多核分布式飞行软件架构设计

基于对飞行器飞行控制软件的需求(包括功能需求以及性能需求)的分析结果,提出一种基于战星嵌入式实时操作系统的多核分布式飞行控制软件架构,架构共分为5层,从下至上依次为:操作系统层、硬件接口层、框架层、应用层和重用构件层。该架构目前已经应用于多个项目,具有可移植性好、可靠性高、实时性强等特点,能够降低项目研制时间与成本,提高飞行控制软件的可靠性与安全性。

运载火箭智能数字生产车间建设方案初步探索与实践

中国航天已迈进高密发射阶段,传统生产管理模式已经不能满足中国航天高质量发展的需求。近年来各航天重点单位先后开展了生产管理模式的转型升级,智能制造技术是有效的解决方案,特别适用于运载火箭这种生产周期长、批量小的宇航产品生产。本文分析了智能制造技术在航空航天领域的应用现状,结合工厂规模和承制运载火箭特点。从整体建设思路、系统集成框架、柔性产线等几个方面,提出了一种运载火箭智能数字车间的建设思路。通过智能数字管理系统,工厂运载火箭智能车间实现了工艺数据、生产信息、质量数据的全流程精益管控,火箭产能和产品质量都有了显著的提升。

基于协同平衡的可靠性冗余设计优化算法

可靠性冗余设计优化是航天装备研发工作的重点之一。在系统可靠性平衡优化的基础上提出了协同平衡的新概念,即利用单元协同变化实现复杂系统可靠性冗余设计的进一步优化。所提算法充分考虑冗余单元变化对复杂系统可靠度、费用、体积、质量和功耗等性能参数的影响,可以解决各类可靠性冗余设计优化问题。计算结果表明基于单元协同平衡的可靠性冗余设计优化算法可以有效实现可靠性冗余设计的优化目标,同时具有计算成本低、效率高等优点。

一种高可靠的运载火箭测发控设备

为满足运载火箭对测发控设备的通用化及高可靠的要求,对运载火箭测发控设备的设计方案进行了研究;整体设备采用通用机箱加标准化模块的设计思路,背板采用自定义的机内接口,基于业务信息和管理信息异构的设计思想,通过背板上冗余的CAN总线及RS485总线实现业务和管理信息的分离,以及管理总线对业务总线的异构备份,机箱及标准化模块通过读取背板信息确认当前插槽及模块类型,实现模块的灵活布置,采用模块热备和总线热备两级热备方案,以及自定义的内部通信协议,经过测试实现了测发控设备在各类故障模式下的正常工作,冗余切换延时小于500 ms,该设备已于某新型低温液体运载火箭上成功应用,经过实际应用满足运载火箭测发控系统的要求,后续可应用于其他运载火箭的相关领域。

新一代运载火箭吊装技术探析

目前,随着工业的发展,我国的航天事业已经在国际领域占有一席之地。为了保证新一代运载火箭吊装作业的安全性,概述吊装指挥中的天车,并论述了吊具使用前的注意事项,介绍常见的室内外通用和专业手势、旗语,统一规范其在总装厂内、某所震动塔和发射基地3个重要环节的吊装口令,保证了操作的一致性。

美国高超声速技术飞行试验平台发展展望

本文基于美国在研高超声速技术研究项目,分析了未来5年美国开展高超声速技术飞行试验的需求,梳理总结了当前美国高超声速飞行试验平台的发展现状以及所面临的挑战,并对飞行试验平台的发展方向进行了研判。分析认为,未来5年美国在高超声速技术领域将面临巨大的飞行试验需求,开展飞行试验主要依靠空基发射平台或地基发射平台,地基发射平台主要发展探空火箭,空基发射平台则采用成熟飞机改装和新研专用载机平台相结合的发展思路,全面提升高超声速技术飞行试验能力。

空中发射及其关键技术

空中发射技术是利用空中发射平台在空中发射运载火箭、巡航导弹或无人机等飞行器(统称为有效载荷)的技术,是目前航空航天领域的一个研究热点。概述了空中发射技术的基本概念及特点,阐述了空中发射技术的发展现状和空中发射的主要用途,分析了有效载荷可能的运载和分离方式及其技术特点,归纳了空中发射技术需要解决的关键技术问题及可能的解决途径。

基于BIT技术的运载火箭测试系统研究

BIT(Built-In Test)技术是一种能够显著改善系统或设备测试性能和诊断能力的重要技术手段。本文主要介绍了BIT技术的性能、特点、结构,分析了BIT技术在运载火箭测试中应用的意义和可行性,并详细提出了基于BIT技术的运载火箭测试方案以及方案中的关键技术和主要解决途径。研究结果表明此方案有效可行,并对其在航天测试中的应用给予了展望。

运载火箭级间分离面接触分析

根据接触理论 ,运用非线性有限元方法对运载火箭的级间分离面进行了三种载荷工况作用下的接触分析。通过计算 ,给出了分离面上的接触力分布、爆炸螺栓的拉力以及最佳预紧力的值。结果表明 ,本文方法和所得结论具有一定的工程应用价值。

基于ADAMS和MATLAB的空投火箭联合仿真研究

为了有效模拟空中发射运载火箭过程和提高其安全性,搭建了空投火箭的虚拟仿真系统。首先在Solidworks中建立运载火箭、载机以及阻力伞的实体模型;然后将其导入动力学仿真软件ADAMS中,并对其进行动力学以及运动学仿真;最后通过MATLAB与ADAMS的接口模块ADAMS/Control,利用MATLAB/Simulink模块搭建火箭的气动数据计算系统以及联合仿真的控制系统,实现基于MATLAB和ADAMS的空投火箭联合仿真。仿真结果验证了该方法建模的正确性和可行性。

火箭非线性动力学行为研究中的若干问题

对火箭非线性动力学行为研究中涉及的建模方法，模型降阶技术，局部非线性对全局动力学行为的影响，随机干扰下的动态响应，有效数值算法等热点问题进行了详细的综述，并简要展望了这一领域今后的研究方向．

运载火箭精度评估的Bayes异质先验融合方法(英文)

为充分利用运载火箭观测中的不同观测空间和过程的信息来进行精度评估 ,针对该背景建立了异质先验融合的数学描述。研究了飞行试验中不同观测空间和过程的异质先验信息和数据 ,基于不同观测过程的解析关系 ,将间接过程的先验和观测数据算出的后验分布转换成落点观测空间上的先验 ,与原落点的先验进行了最大熵加权融合 ,得到混合后验分布 ,从而结合落点观测数据给出评定结果。在无法解算出精确的制导工具误差系数的情况下 ,这种方法充分利用了弹道跟踪数据、工具误差系数的地面测试先验值、落点先验及落点数据 ,稳健性更好 。