一种航天运载器的推力室控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及航天运载器的控制领域，具体涉及一种航天运载器的推力室控制系统及控制方法。


背景技术：

2.理想状态下，航天运载器发动机推力室的作用线与发动机中心轴线重合，但实际上由于加工精度的限制，造成发动机的几何不对称，或者高温高压燃气通过推力室喷管的不对称流动及喷管喉部烧蚀产生的变形，导致发动机推力室的作用线偏离发动机中心轴线，造成推力室在摇摆过程中不能按照预定倾斜角度摆动。现有技术中没有针对航天运载器试验或者飞行中推力室的复位校正的操作，这对于航天运载器的轨道修正以及机动飞行都有重要意义。
3.鉴于此，亟需设计一种高精度且便捷可靠的航天运载器的推力室控制系统及控制方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种航天运载器的推力室控制系统及控制方法。
5.本发明提供一种航天运载器的推力室控制系统，包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度；复位处理模块，通过所述作动器控制推力室复位；校正模块，进行与所述复位处理模块的校正；其中，通过所述作动器控制推力室复位包括：若所述实际倾斜角度等于所述预定倾斜角度，则所述复位处理模块按照所述预定倾斜角度使推力室复位；若所述实际倾斜角度不等于所述预定倾斜角度，所述校正模块通过所述实际倾斜角度和所述预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，所述复位处理模块按照所述预定倾斜角度加上或减去所述偏移量使推力室复位。
6.根据本发明的一个实施例，当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，所述校正模块将所述第一阈值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角加上所述偏移量的校正进行复位处理。
7.根据本发明的一个实施例，当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，所述校正模块将所述差值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角度加上所述偏移量的校正进行复位处理。
8.根据本发明的一个实施例，当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，所述校正模块将所述第二阈值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理。
9.根据本发明的一个实施例，当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，所述校正模块将所述差值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理。
10.根据本发明的一个实施例，当所述预定倾斜角度为零度时，若所述实际倾斜角度不等于零，且所述实际倾斜角度大于等于第三阈值，则所述校正模块将所述第三阈值作为所述偏移量，所述复位处理模块通过所述偏移量的校正进行复位处理。
11.根据本发明的一个实施例，当所述预定倾斜角度为零度时，若所述实际倾斜角度不等于零，且所述实际倾斜角度小于第三阈值，所述复位处理模块通过所述实际倾斜角度进行复位处理。
12.另一方面，本发明还提供了一种航天运载器的推力室控制方法，推力室包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度；所述方法包括：复位处理步骤，若所述实际倾斜角度等于所述预定倾斜角度，则按照所述预定倾斜角度使推力室复位；校正步骤，若所述实际倾斜角度不等于所述预定倾斜角度，通过所述实际倾斜角度和所述预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，按照所述预定倾斜角度加上或减去所述偏移量使推力室复位。
13.根据本发明的一个实施例，所述校正步骤包括：当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，将所述第一阈值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角加上所述偏移量的校正进行复位处理；当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，将所述差值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角度加上所述偏移量的校正进行复位处理。
14.根据本发明的一个实施例，所述校正步骤包括：当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，将所述第二阈值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理；当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，将所述差值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理。
15.本技术通过航天运载器的推力室控制系统中的复位处理模块以及校正模块的分析结果控制推力室的复位，能够在试验或者飞行过程中利用便捷可靠的控制方式不断校正推力室的实时倾斜角度并复位，实时进行飞行轨道的修正以及机动飞行，有利于提高航天运载器按照预定轨道飞行的精准度。
16.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
17.下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明发明的原理。
18.图1是本发明一个实施例的航天运载器的推力室控制系统的示意图；
19.图2是本发明一个实施例的航天运载器的推力室控制方法的示意图；
20.图3是本发明一个实施例的航天运载器的推力室的示意图；
21.图4是本发明另一个实施例的航天运载器的推力室的示意图。
22.附图标记说明：
23.100-摇摆轴，200-轴承座，300-常平座，400-摇臂，500-作动器，600-角度监测器。
具体实施方式
24.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本发明实施例的理解。
25.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
27.诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
28.对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
29.图1是本发明一个实施例的航天运载器的推力室控制系统的示意图；图2是本发明一个实施例的航天运载器的推力室控制方法的示意图；图3是本发明一个实施例的航天运载器的推力室的示意图；图4是本发明另一个实施例的航天运载器的推力室的示意图。
30.如图1所示，本发明提供一种航天运载器的推力室控制系统，包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度；复位处理模块，通过作动器控制推力室复位；校正模块，进行与复位处理模块的校正；其中，通过作动器控制推力室复位包括：若实际倾斜角度等于预定倾斜角度，则复位处理模块按照预定倾斜角度使推力室复位；若实际倾斜角度不等于预定倾斜角度，校正模块通过实际倾斜角度和预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，复位处理模块按照预定倾斜角度加上或减去偏移量使推力室复位。
31.如图3和图4所示，本发明提供一种航天运载器的推力室，包括：摇摆轴100，固定在发动机推力室轴线的两侧；滑动轴承，安装在摇摆轴100上用于提供绕摇摆轴100的周向运动的轴承；轴承座200，中间设置圆形轴承孔201用于安装滑动轴承；常平座300，为框架结构且跨设安装在位于推力室两侧的轴承座200上，用于推力室摇摆时的承力支撑。
32.其中，作为本实施例的一种，推力室中的作动器500安装在常平座300的一侧，通过摇臂400固定连接到摇摆轴100，通过作动器500的伸长或缩短带动摇臂400绕摇摆轴100旋转，进而带动推力室摇摆至预定倾斜角度。其中，作动器500安装在常平座300的一侧，通过摇臂400固定连接到摇摆轴100。当需要推力室摇摆时，向作动器500通电，作动器500在不同大小和方向的驱动电流作用下伸长或缩短，带动摇臂400绕摇摆轴100旋转，进而带动推力室摇摆至预设倾斜角度；通过维持不同的伺服驱动电流大小，并能在最大行程范围内任意位置锁定，实现推力室摇摆角度锁定。角度监测器600设置在发动机推力室的中轴线位置，用于监测发动机推力室的实际倾斜角度。本实施例中角度监测器600可以设置成角度传感器或者角位移传感器等能够测量角度变化的器件。
33.具体地，其中，角度监测器读取推力室的角度位置时，保存不少于十个周期的当前推力室角度位置，并按照中值滤波方法完成数据滤波。若实际倾斜角度等于预定倾斜角度，说明作动器按照预定倾斜角度完成了推力室摆动且没有受其它因素影响，进行复位处理操作时复位处理模块按照预定倾斜角度为复位角度使推力室复位。若实际倾斜角度不等于预定倾斜角度，说明作动器没有按照预定倾斜角度完成推力室摆动或者推力室受到环境影响，校正模块通过实际倾斜角度和预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，复位处理模块按照预定倾斜角度加上或减去偏移量作为复位角度使推力室复位。
34.本技术中的航天运载器的推力室控制系统能够在试验或者飞行过程中利用便捷可靠的控制方式不断校正推力室的实时倾斜角度并复位，实时进行飞行轨道的修正以及机动飞行，有利于提高航天运载器按照预定轨道飞行的精准度。航天运载器的推力室控制系统还可以根据每次推力室复位处理的数据记录，包括预定倾斜角度和实际倾斜角度的关系，构建航天运载器的推力室控制系统建立推力室对应不同飞行阶段产生偏差的关系，有利于提高推力室作动器实现更加精确的摆动角度，进而提高航天运载器的飞行可靠性。该推力室控制系统作为航天运载器姿控方案的备份控制手段，在摆动推力室出现故障时能够进行姿态调整，有效提高了系统的可靠性，并利于控制重构。
35.本技术领域技术人员可以理解，本技术实施例提供的航天运载器的推力室控制系统可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中。
36.本技术在一个可选实施例中提供了一种航天运载器的推力室控制系统还包括：通信模块和存储器。其中，通信模块和存储器以及推力室控制装置连接至推力室，推力室控制装置包括复位处理模块和校正模块。
37.存储器可以是rom(read-onlymemory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，ram(randomaccess memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是eeprom(elecricallyerasableprogrammable readonlymemory，电可擦可编程只读存储器)、cd-rom(compac discread-onlymemory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
38.通信模块可用于信号的接收和发送。通信模块可以允许航天运载器的推力室控制系统的推力室控制装置与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。需要说明的是，实际应用中通信模块不限于一个。
39.本实施例中的航天运载器的推力室控制系统还能用于航天运载器的回收领域，该控制系统有利于回收过程的运载器的姿态以及轨道控制，能够保证回收过程的准确性。
40.根据本发明的一个实施例，当实际倾斜角度大于预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，校正模块将第一阈值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角加上偏移量的校正进行复位处理。
41.根据本发明的一个实施例，当实际倾斜角度大于预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，校正模块将差值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度加上偏移量的校正进行复位处理。
42.根据本发明的一个实施例，当实际倾斜角度小于预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，校正模块将第二阈值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度减去偏移量的校正进行复位处理。
43.根据本发明的一个实施例，当实际倾斜角度小于预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，校正模块将差值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度减去偏移量的校正进行复位处理。
44.具体地，依据推力室的实际倾斜角度与预定倾斜角度的大小关系以及两者的差值跟第一阈值和第二阈值进行比较，进行不同情况下的推力室复位处理操作。
45.其中，当实际倾斜角度大于预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，校正模块将第一阈值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角加上偏移量的校正进行复位处理；当实际倾斜角度小于预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，校正模块将第二阈值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度减去偏移量的校正进行复位处理。这两个实施例中，实际倾斜角度与预定倾斜角度两者的差值大于等于第一阈值或者第二阈值，则校正模块按照第一阈值或者第二阈值为偏移量。受航天运载器的推力室自身环境以及机械极限位置的影响，将偏移量定为第一阈值或者第二阈值有利于保证推力室的机械位置归正，避免影响航天运载器按照错误的轨道航线飞行。
46.其中，当实际倾斜角度大于预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，校正模块将差值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度加上偏移量的校正进行复位处理；当实际倾斜角度小于预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，校正模块将差值作为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度减去偏移量的校正进行复位处理。这两个实施例中，实际倾斜角度与预定倾斜角度两者的差值小于第一阈值或者第二阈值，则校正模块按照两者的差值为偏移量，这两种情况说明推力室摇摆的偏差角度属于合理范围内，只要归正时还是按照两者的差值为偏移量，复位处理模块在预定倾斜角度的基础上加上或减去偏移量去进行复位处理，保证推力室复位至零位。
47.在一个实施例中，第一阈值和第二阈值可以设置为相等，也可以设置成第一阈值小于第二阈值，具体的阈值数值根据推力室实际机械极限角度以及多组试验数据做参考来制定。
48.根据本发明的一个实施例，当预定倾斜角度为零度时，若实际倾斜角度不等于零，
且实际倾斜角度大于等于第三阈值，则校正模块将第三阈值作为偏移量，复位处理模块通过偏移量的校正进行复位处理。
49.根据本发明的一个实施例，当预定倾斜角度为零度时，若实际倾斜角度不等于零，且实际倾斜角度小于第三阈值，复位处理模块通过实际倾斜角度进行复位处理。
50.具体地，当预定倾斜角度为零度时表明航天运载器的推力室没有进行角度摇摆的操作，此时角度监测器监测到实际倾斜角度不为零，可能是推力室受试验环境或者飞行环境的影响，按照实际倾斜角度与第三阈值之间的大小关系进行不同的复位处理操作。也就是说，当差值较小时，复位处理模块采用实际倾斜角度进行复位处理，当差值较大时，复位处理模块通过第三阈值进行复位处理，保证推力室在没有摇摆操作指令下仍然保持在零位状态，增加航天运载器在试验或者飞行过程中可靠性，保证控制过程的安全性。
51.另一方面，如图2所示，本发明还提供了一种航天运载器的推力室控制方法，推力室包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度。
52.该航天运载器的推力室控制方法包括：
53.s101，复位处理步骤，若实际倾斜角度等于预定倾斜角度，则按照预定倾斜角度使推力室复位；
54.s102，校正步骤，若实际倾斜角度不等于预定倾斜角度，通过实际倾斜角度和预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，按照预定倾斜角度加上或减去偏移量使推力室复位。
55.根据本发明的一个实施例，校正步骤包括：当实际倾斜角度大于预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，将第一阈值作为偏移量，作动器在预定倾斜角加上偏移量的校正进行复位处理；当实际倾斜角度大于预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，将差值作为偏移量，作动器在预定倾斜角度加上偏移量的校正进行复位处理。
56.根据本发明的一个实施例，校正步骤包括：当实际倾斜角度小于预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，将第二阈值作为偏移量，作动器在预定倾斜角度减去偏移量的校正进行复位处理；当实际倾斜角度小于预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，将差值作为偏移量，作动器在预定倾斜角度减去偏移量的校正进行复位处理。
57.由于航天运载器的推力室控制方法与航天运载器的推力室控制系统的技术特征以及技术方案基本一致，其技术效果在此不再赘述。
58.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度；复位处理模块，通过所述作动器控制推力室复位；校正模块，进行与所述复位处理模块的校正；其中，通过所述作动器控制推力室复位包括：若所述实际倾斜角度等于所述预定倾斜角度，则所述复位处理模块按照所述预定倾斜角度使推力室复位；若所述实际倾斜角度不等于所述预定倾斜角度，所述校正模块通过所述实际倾斜角度和所述预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，所述复位处理模块按照所述预定倾斜角度加上或减去所述偏移量使推力室复位。2.根据权利要求1所述的航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，所述校正模块将所述第一阈值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角加上所述偏移量的校正进行复位处理。3.根据权利要求1所述的航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，所述校正模块将所述差值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角度加上所述偏移量的校正进行复位处理。4.根据权利要求1所述的航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，所述校正模块将所述第二阈值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理。5.根据权利要求1所述的航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，所述校正模块将所述差值作为所述偏移量，所述复位处理模块在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理。6.根据权利要求1所述的航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，当所述预定倾斜角度为零度时，若所述实际倾斜角度不等于零，且所述实际倾斜角度大于等于第三阈值，则所述校正模块将所述第三阈值作为所述偏移量，所述复位处理模块通过所述偏移量的校正进行复位处理。7.根据权利要求1所述的航天运载器的推力室控制系统，其特征在于，当所述预定倾斜角度为零度时，若所述实际倾斜角度不等于零，且所述实际倾斜角度小于第三阈值，所述复位处理模块通过所述实际倾斜角度进行复位处理。8.一种航天运载器的推力室控制方法，其特征在于，推力室包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度；所述方法包括：复位处理步骤，若所述实际倾斜角度等于所述预定倾斜角度，则按照所述预定倾斜角度使推力室复位；
校正步骤，若所述实际倾斜角度不等于所述预定倾斜角度，通过所述实际倾斜角度和所述预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，按照所述预定倾斜角度加上或减去所述偏移量使推力室复位。9.根据权利要求8所述的航天运载器的推力室控制方法，其特征在于，所述校正步骤包括：当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第一阈值，将所述第一阈值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角加上所述偏移量的校正进行复位处理；当所述实际倾斜角度大于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第一阈值，将所述差值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角度加上所述偏移量的校正进行复位处理。10.根据权利要求8所述的航天运载器的推力室控制方法，其特征在于，所述校正步骤包括：当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值大于等于第二阈值，将所述第二阈值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理；当所述实际倾斜角度小于所述预定倾斜角度时，且两者的差值小于第二阈值，将所述差值作为所述偏移量，所述作动器在所述预定倾斜角度减去所述偏移量的校正进行复位处理。

技术总结
本发明提供一种航天运载器的推力室控制系统，包括：作动器，提供动力以控制推力室按照预定倾斜角度摆动；角度监测器，监测推力室的实际倾斜角度；复位处理模块，通过作动器控制推力室复位；校正模块，进行与复位处理模块的校正；其中，通过作动器控制推力室复位包括：若实际倾斜角度等于预定倾斜角度，则复位处理模块按照预定倾斜角度使推力室复位；若实际倾斜角度不等于预定倾斜角度，校正模块通过实际倾斜角度和预定倾斜角度的关系计算校正的偏移量，复位处理模块按照预定倾斜角度加上或减去偏移量使推力室复位。该控制系统能够实时进行飞行轨道的修正以及机动飞行，利于提高航天运载器按照预定轨道飞行的精准度。载器按照预定轨道飞行的精准度。载器按照预定轨道飞行的精准度。


技术研发人员：唐玲玲 张昌武
受保护的技术使用者：陕西蓝箭航天技术有限公司
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/6/28