一种固体运载器二级点火时间控制方法与流程

本申请涉及固体运载火箭，特别涉及一种固体运载器二级点火时间控制方法。

背景技术：

1、目前国内外对固体火箭点火控制方法存在一些研究，有按诸元装订值直接点火控制的，也有根据目标轨道计算最优点火控制的方法。

2、上述部分方法有的没有考虑当前火箭的能量状态，对二级、末级制导控制带来更大压力，有的则没有对入轨时间进行精确约束，对存在快速入轨需求和较高入轨精度的任务并不适用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种固体运载器二级点火时间控制方法，以提高固体运载器的入轨姿态精度与入轨时刻精度，降低固体运载器二级能量的控制难度。

2、本申请实施例提供了一种固体运载器二级点火时间控制方法，包括：

3、将固体运载器一级发动机耗尽后某一时刻作为虚拟点火时刻，计算无动力外推至虚拟点火时刻固体运载器对应姿态的俯仰角，以及二级发动机理论耗尽时刻位置到入轨点位置所需的待增速度误差。

4、将待增速度误差被配置为输入俯仰角和虚拟点火时刻的函数，运用弦截法进行迭代搜索，求取待增速度误差最小时的虚拟点火时刻作为最优二级点火时刻进行二级点火。

5、一些实施例中，所述运用弦截法进行迭代搜索，求取待增速度误差最小时的虚拟点火时刻作为最优二级点火时刻包括：

6、按照设定时间步长对虚拟点火时刻进行迭代，运用弦截法求解虚拟点火时刻迭代后待增速度误差最小时对应的俯仰角；

7、限定虚拟点火时刻的迭代次数，重复上一步，得到与迭代次数对应数量的俯仰角，比较各俯仰角对应的待增速度误差，选择待增速度误差最小时对应的俯仰角作为最优俯仰角，最优俯仰角对应的虚拟点火时刻作为最优二级点火时刻。

8、一些实施例中，所述计算无动力外推至虚拟点火时刻固体运载器对应姿态的俯仰角包括：

9、根据固体运载器一级发动机耗尽时刻的位置和速度，计算无动力外推至虚拟点火时刻的位置和速度；

10、根据虚拟点火时刻、虚拟点火时刻的位置、入轨点位置以及入轨时刻，构建兰伯特迭代，计算虚拟点火时刻的需要速度，以及需要速度与当地水平面的倾角；

11、根据虚拟点火时刻的需要速度，以及需要速度与当地水平面的倾角，计算虚拟点火时刻的需要速度分量；

12、将虚拟点火时刻的需要速度分量减去虚拟点火时刻固体运载器的速度得到待增速度，计算待增速度的分量；

13、根据待增速度的分量，计算无动力外推至虚拟点火时刻固体运载器对应姿态的俯仰角。

14、一些实施例中，所述根据固体运载器一级发动机耗尽时刻的位置和速度，计算无动力外推至虚拟点火时刻的位置和速度包括：

15、以一级发动机耗尽时刻作为无动力外推的初始时刻，并计算初始时刻的固体运载器引力加速度；

16、设定外推步长，根据初始时刻的位置、引力加速度以及速度，计算下一步外推的位置结果，作为更新后的位置结果；

17、根据更新后的位置结果，计算当前位置的引力加速度，以及当前位置的速度结果，并更新当前位置对应的迭代时刻；

18、当迭代至虚拟点火时刻时，外推得到的结果为无动力滑行至虚拟点火时刻的位置和速度。

19、一些实施例中，根据待增速度的分量，计算虚拟点火时刻固体运载器对应姿态的偏航角作为二级点火时的偏航角。

20、一些实施例中，所述计算虚拟点火后带动力外推至二级发动机理论耗尽时刻的位置和速度包括：

21、以虚拟点火时刻为初始时刻，并计算初始时刻的固体运载器引力加速度；

22、假定初始时刻点火，根据发动机提供的视加速度与总燃烧时长，初始时刻按端点限幅插值得到当前时刻的视加速度和下一时刻的视加速度；

23、将视加速度投影到当前初始姿态下，计算带来的视加速度；

24、按预设的外推步长，计算下一步外推的位置结果，作为更新后的位置结果；

25、根据更新后的位置结果，计算当前位置的加速度以及当前位置的速度结果，并更新当前位置对应的迭代时刻；

26、当迭代至总燃烧时长时结束时，外推得到的结果为二级发动机耗尽时刻、位置和速度。

27、一些实施例中，所述计算二级发动机耗尽时刻位置到入轨点位置所需的待增速度误差包括：

28、根据二级发动机耗尽时刻、二级发动机耗尽时刻的位置、入轨点位置以及入轨时刻，构建兰伯特迭代，计算二级发动机耗尽时刻的需要速度分量；

29、将二级发动机耗尽时刻的需要速度分量和二级发动机耗尽时刻的速度的差值的绝对值作为待增速度误差。

30、一些实施例中，当弦截法迭代搜索次数超过设定次数时，强制退出，以最后一次迭代得到的虚拟点火时刻作为最优点火时刻。

31、一些实施例中，根据固体运载器的入轨点位置、入轨时刻以及设定的二级点火高度，通过无动力外推计算得到二级点火时间上界，用于保障强制点火。

32、一些实施例中，所述计算得到二级点火时间上界包括：

33、以无动力外推开始时刻为初始时刻，并计算初始时刻的固体运载器引力加速度；

34、设定外推步长，根据初始时刻的位置、引力加速度以及速度，计算下一步外推的位置结果，作为更新后的位置结果；

35、根据更新后的位置结果，计算当前位置的引力加速度，以及当前位置的速度结果，并更新当前位置对应的迭代时刻；

36、计算当前位置对应的绝对高度，并更新当前位置对应的迭代时刻；

37、当外推至绝对高度大于或等于设定的二级点火高度时，将绝对高度对应的迭代时刻作为二级点火时间上界。

38、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

39、本申请实施例提供了一种固体运载器二级点火时间控制方法，由于控制方法具体包括将固体运载器一级发动机耗尽后某一时刻作为虚拟点火时刻，计算无动力外推至虚拟点火时刻固体运载器对应姿态的俯仰角，以及二级发动机理论耗尽时刻位置到入轨点位置所需的待增速度误差；将待增速度误差被配置为输入俯仰角和虚拟点火时刻的函数，运用弦截法进行迭代搜索，求取待增速度误差最小时的虚拟点火时刻作为最优二级点火时刻进行二级点火。

40、因此，通过使用本申请提供的固体运载器二级点火时间控制方法，可以在固体运载器一级发动机能量耗尽后，立刻对二级点火时刻进行计算，在到达二级点火时间上界前，可以计算出最优二级点火时刻用于控制固体运载器进行二级点火，该方法可以确保二级可靠点火的前提下，提高固体运载器的入轨姿态精度与入轨时刻精度，降低运载器二级能量的控制难度。

技术特征：

1.一种固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于：

3.如权利要求1所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于：

4.如权利要求3所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于：

5.如权利要求3所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于，还包括：

6.如权利要求1所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于：

7.如权利要求6所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于：

8.如权利要求1所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于，还包括：

9.如权利要求1所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于，还包括：

10.如权利要求9所述的固体运载器二级点火时间控制方法，其特征在于：

技术总结本申请涉及一种固体运载器二级点火时间控制方法，属于固体运载火箭技术领域，方法包括将固体运载器一级发动机耗尽后某一时刻作为虚拟点火时刻，计算无动力外推至虚拟点火时刻固体运载器对应姿态的俯仰角，以及二级发动机理论耗尽时刻位置到入轨点位置所需的待增速度误差；将待增速度误差被配置为输入俯仰角和虚拟点火时刻的函数，运用弦截法进行迭代搜索，求取待增速度误差最小时的虚拟点火时刻作为最优二级点火时刻进行二级点火。因此，在到达二级点火时间上界前，可以计算出最优二级点火时刻用于控制固体运载器进行二级点火，该方法可以确保二级可靠点火的前提下，提高固体运载器的入轨姿态精度与入轨时刻精度，降低运载器二级能量的控制难度。技术研发人员：张帆,苏茂,张培喜,史祥鹏,余先伟,余畅,刘将辉,申奇睿,李安德,张璐,张鹏,郑方圆,游浪受保护的技术使用者：湖北航天技术研究院总体设计所技术研发日：技术公布日：2024/6/18