本發(fā)明專利技術(shù)涉及火箭回收領(lǐng)域，特別涉及可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了反推力發(fā)動(dòng)機(jī)模塊，明確推進(jìn)劑及諸多參數(shù)，完善燃料供應(yīng)系統(tǒng)，涵蓋存儲(chǔ)、汽化、塌陷、漩渦等問(wèn)題的解決措施。精確控制算法利用多傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)火箭軌跡和速度，通過(guò)復(fù)雜步驟動(dòng)態(tài)調(diào)整反推力發(fā)動(dòng)機(jī)，包括目標(biāo)設(shè)定、控制策略、點(diǎn)火和推力調(diào)整等，還有實(shí)時(shí)反饋和著陸階段控制。集成傳感器系統(tǒng)包含多種類型傳感器，負(fù)責(zé)采集和處理數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)整合涉及硬件、軟件和調(diào)試，測(cè)試計(jì)劃包括地面、模擬和飛行測(cè)試。安全性與冗余設(shè)計(jì)包括冗余控制路徑和故障檢測(cè)機(jī)制，以及發(fā)動(dòng)機(jī)和傳感器故障時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。此方案可提高火箭回收精確性和安全性，降低成本。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及火箭回收領(lǐng)域，特別涉及可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、火箭回收是指在火箭發(fā)射任務(wù)完成后，對(duì)火箭的部分或全部組件進(jìn)行回收再利用的技術(shù)過(guò)程；回收火箭可以重復(fù)使用關(guān)鍵部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、箭體等，從而大幅降低火箭制造的成本。當(dāng)火箭可以回收并快速翻新再次使用時(shí)，能夠縮短火箭生產(chǎn)周期。
2、降落傘回收火箭方式中，火箭在完成任務(wù)后，通過(guò)釋放降落傘來(lái)增加空氣阻力，從而降低下降速度，實(shí)現(xiàn)火箭的回收著陸。
3、其缺陷在于：降落傘系統(tǒng)對(duì)火箭姿態(tài)的控制效果在很大程度上依賴于環(huán)境條件。例如，在強(qiáng)風(fēng)或不穩(wěn)定的氣象條件下，降落傘系統(tǒng)可能無(wú)法有效地控制火箭姿態(tài)，甚至可能導(dǎo)致火箭失去控制。此外，降落傘系統(tǒng)在不同的海拔高度和大氣條件下，其空氣動(dòng)力學(xué)特性也會(huì)發(fā)生變化，這也會(huì)影響對(duì)火箭姿態(tài)的控制效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：如何精確控制反推力來(lái)實(shí)現(xiàn)火箭的軟著陸。
2、為了達(dá)到上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
3、可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，包括反推力發(fā)動(dòng)機(jī)、慣性測(cè)量單元、gps模塊和高度計(jì)、卡爾曼濾波器；
4、反推力發(fā)動(dòng)機(jī)安裝于火箭的箭體內(nèi)部；
5、慣性測(cè)量單元包含加速度計(jì)和陀螺儀；用于測(cè)量火箭在三個(gè)軸向上的加速度，陀螺儀測(cè)量火箭的角速度；
6、gps定位模塊通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)來(lái)確定火箭自身位置；
>7、高度計(jì)用于測(cè)量火箭相對(duì)于地面的高度；8、速度傳感器用于測(cè)量火箭的速度；
9、卡爾曼濾波器獲取imu、gps和高度計(jì)的數(shù)據(jù)并且確定火箭當(dāng)前的位置、速度、加速度；并且基于火箭的動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)刻的軌跡和速度并且利用傳感器數(shù)據(jù)修正預(yù)測(cè)值，得到更精確的狀態(tài)估；
10、設(shè)定目標(biāo)著陸點(diǎn)的坐標(biāo)和目標(biāo)著陸速度以及動(dòng)態(tài)調(diào)整點(diǎn)火時(shí)間和推力輸出；
11、調(diào)整反推力發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力輸出；
12、實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整火箭的實(shí)時(shí)狀態(tài)；
13、在接近地面時(shí)，通過(guò)精確控制反推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，逐步減小火箭的下降速度，使用姿態(tài)控制系統(tǒng)確保火箭在著陸時(shí)保持垂直姿態(tài)。
14、進(jìn)一步，設(shè)定目標(biāo)著陸點(diǎn)的坐標(biāo)和目標(biāo)著陸速度以及動(dòng)態(tài)調(diào)整點(diǎn)火時(shí)間和推力輸出；具體為：(1)設(shè)定目標(biāo)著陸點(diǎn)的坐標(biāo)和目標(biāo)著陸速度；(2)采用pid控制器調(diào)整推力，計(jì)算火箭當(dāng)前位置與目標(biāo)位置的誤差生成位置控制信號(hào)，計(jì)算火箭當(dāng)前速度與目標(biāo)速度的誤差生成速度控制信號(hào)；同時(shí)采用模型預(yù)測(cè)控制，基于預(yù)測(cè)的軌跡和速度，優(yōu)化未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的推力輸出，使用火箭的動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的狀態(tài)，通過(guò)優(yōu)化算法找到最優(yōu)的推力輸出，使火箭在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)盡可能接近目標(biāo)狀態(tài)。
15、進(jìn)一步，調(diào)整反推力發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間和推力輸出；具體為：(1)根據(jù)預(yù)測(cè)的軌跡和速度確定反推力發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火時(shí)間，計(jì)算最佳點(diǎn)火時(shí)間窗口確保火箭在接近地面時(shí)啟動(dòng)反推力發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)和控制信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)整推力輸出，采用推力調(diào)節(jié)閥或變推力發(fā)動(dòng)機(jī)精確控制推力輸出，在多發(fā)動(dòng)機(jī)配置中合理分配各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，確保火箭姿態(tài)穩(wěn)定。
16、進(jìn)一步，實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整火箭的實(shí)時(shí)狀態(tài)；具體為：(1)實(shí)時(shí)監(jiān)控：持續(xù)監(jiān)控imu、gps和高度計(jì)的數(shù)據(jù)，獲取火箭的實(shí)時(shí)狀態(tài)，使用卡爾曼濾波器實(shí)時(shí)更新火箭的狀態(tài)估計(jì)；(2)動(dòng)態(tài)調(diào)整：根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)與預(yù)測(cè)值的誤差動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略，在控制器中引入自適應(yīng)算法，自動(dòng)調(diào)整pid參數(shù)或mpc權(quán)重，以應(yīng)對(duì)環(huán)境變化和不確定性。
17、進(jìn)一步，冗余控制路徑與自動(dòng)故障檢測(cè)機(jī)制；
18、設(shè)計(jì)主控制路徑和備用控制路徑，在關(guān)鍵的控制節(jié)點(diǎn)設(shè)置多層次的冗余，為控制系統(tǒng)、傳感器提供獨(dú)立的電源；
19、實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)，包括傳感器數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、系統(tǒng)溫度，采用先進(jìn)的故障診斷算法自動(dòng)檢測(cè)和診斷系統(tǒng)故障，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，立即發(fā)出警報(bào)，并記錄故障信息。
20、進(jìn)一步，反推力發(fā)動(dòng)機(jī)故障應(yīng)對(duì)策略：設(shè)計(jì)多臺(tái)反推力發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備用發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)立即接管工作，利用推力分配算法在多臺(tái)反推力發(fā)動(dòng)機(jī)之間合理分配推力，當(dāng)檢測(cè)到反推力發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重故障時(shí)，啟動(dòng)緊急著陸程序，通過(guò)調(diào)整火箭的姿態(tài)和速度，盡量減小著陸時(shí)的沖擊力，保護(hù)有效載荷。
21、進(jìn)一步，傳感器系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)策略；每種關(guān)鍵傳感器均設(shè)計(jì)了多個(gè)冗余傳感器，當(dāng)一個(gè)傳感器失效時(shí)，備用傳感器立即接管工作，采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)將來(lái)自不同傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，提高系統(tǒng)對(duì)火箭狀態(tài)的感知準(zhǔn)確性，通過(guò)故障隔離和重構(gòu)技術(shù)迅速識(shí)別并隔離故障傳感器，同時(shí)重新配置系統(tǒng)資源，保證傳感器數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性。
22、進(jìn)一步，在火箭底部安裝緩沖裝置吸收著陸時(shí)的沖擊力，使用接觸傳感器檢測(cè)火箭與地面的接觸，及時(shí)關(guān)閉反推力發(fā)動(dòng)機(jī)。
23、進(jìn)一步，燃料和氧化劑存儲(chǔ)在儲(chǔ)罐內(nèi)，所述儲(chǔ)罐的材質(zhì)為絕熱材料和雙層儲(chǔ)罐；安裝壓力釋放閥和泵，其中釋放閥和泵用以保持儲(chǔ)箱內(nèi)部壓力在安全范圍內(nèi)；使用低溫冷卻系統(tǒng)，維持液態(tài)燃料和氧化劑的低溫狀態(tài)。
24、進(jìn)一步，設(shè)置有增壓系統(tǒng)，所述增壓系統(tǒng)用于保持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力穩(wěn)定；防止液面塌陷；在儲(chǔ)罐內(nèi)表面添加防塌陷板或泡沫，抑制液體運(yùn)動(dòng)以及渦流產(chǎn)生；
25、儲(chǔ)罐出口處安裝防渦片或防渦網(wǎng)，用以打散漩渦。
26、本專利技術(shù)的有益效果為：
27、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反推力發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保火箭能夠平穩(wěn)和精確地著陸。這一過(guò)程需要高度集成的傳感器、精確的狀態(tài)估計(jì)、先進(jìn)的控制算法和實(shí)時(shí)反饋機(jī)制。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，包括反推力發(fā)動(dòng)機(jī)、慣性測(cè)量單元、GPS模塊和高度計(jì)、卡爾曼濾波器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
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10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
【技術(shù)特征摘要】
1.可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，包括反推力發(fā)動(dòng)機(jī)、慣性測(cè)量單元、gps模塊和高度計(jì)、卡爾曼濾波器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收火箭用點(diǎn)火反推力減速著陸系統(tǒng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳科儒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中健華夏中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展廣東有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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