[发明专利]运载火箭自动垂调系统及方法

摘要

一种运载火箭自动垂调系统，包括垂直度测量系统、活动发射平台电控系统和箭上控制系统，其特征在于，所述垂直度测量系统包括水平测量仪、水平变送器、前端水平指示仪、垂调测试计算机；所述活动发射平台电控系统包括活动发射平台电控系统上位机和后端工作站、发射平台控制系统、执行机构；所述箭上控制系统包括捷联惯组、箭机、箭地通信计算机和数据处理计算机；本发明节省了操作人员，提高了工作效率，促进了火箭发射流程自动化水平的整体提高，此外新一代运载火箭采用大量低温推进剂，从安全性角度考虑，保证了整个垂调过程的安全性。

主权项

一种运载火箭自动垂调系统，其特征在于运载火箭自动垂调系统包括垂直度测量系统、活动发射平台电控系统和箭上控制系统，由垂直度测量系统、箭上控制系统对箭体不水平度数据进行采集，通过箭地高速串行总线下传到地面后端进行解调，最终将箭体不水平度数据通过高速冗余的测发网络发送给活动发射平台电控系统，由活动发射平台电控系统实现箭体垂直度调整，调整后再由垂直度测量系统、箭上控制系统对箭体不水平度数据进行采集并将检测结果反馈给发送给活动发射平台电控系统，如此形成了对箭体垂直度调整的闭环控制；其中垂直度测量系统包括水平测量仪、水平变送器、前端水平指示仪、垂调测试计算机；活动发射平台电控系统包括活动发射平台电控系统上位机和后端工作站、发射平台控制系统、执行机构，其中执行机构包括支臂位移传感器、支臂机构、液压机构；支臂机构包括支臂I、支臂II、支臂III、支臂IV，四个支臂依次顺序均匀分布在以火箭中轴线上的点为圆心的圆上，支臂I、支臂III所在直线为y轴，支臂II、支臂IV所在直线为z轴，y轴垂直于z轴，相应的液压机构包括与四个支臂一一对应的四个液压机；箭上控制系统包括捷联惯组、箭机、箭地通信计算机和数据处理计算机；水平测量仪用于敏感水平测量仪安装基座的不水平度信息；水平变送器用于采集不水平度输出的信号并将其转化为数字量进行传输；前端水平指示仪用于接收水平变送器传输的信息并向垂调测试计算机传输一级箭体垂调数据；垂调测试计算机用于接收各监测信息并对接收的信息进行处理，根据处理结果发出相应的控制指令；活动发射平台电控系统上位机和后端工作站用于接收垂直度测量系统传输的一级箭体不水平度数据、惯性基准不水平度数据，执行自动垂调软件；发射平台控制系统用于控制支臂机构和液压机构进行箭体垂直度调整；支臂位移传感器用于检测支臂的相对高度；支臂机构和液压机构是火箭支撑和垂直度调整的实施机构，用于执行对箭体的垂直度调整；捷联惯组用于检测惯性基准面不水平度数据；箭机用于采集解算捷联惯组检测到的惯性基准不水平度数据；箭地通信计算机用于接收箭上控制系统传递的信息；数据处理计算机用于接收箭上控制系统内部以及外部所有传递至箭上控制系统的信息，并转化成箭上控制系统约定的格式；运载火箭自动垂调方法既可以实现单独一级火箭的垂调，也可以实现一级、二级火箭的联合垂调，对运载火箭的不水平度的精度要求控制在[﹣△～△]，△的大小取0.5′：单独进行一级火箭的垂调的具体方法为：设惯组安装基准面沿y轴上的不水平度为Ψ1y，设惯组安装基准面沿z轴上的不水平度为Ψ1z；发射平台控制系统判断不水平度Ψ1y是否在[﹣0.5′～0.5′]内；如果不水平度Ψ1y在[﹣0.5′～0.5′]内，则结束y轴方向垂调，继续由发射平台控制系统判断不水平度Ψ1z是否在[﹣0.5′～0.5′]内；如果不水平度Ψ1y不在[﹣0.5′～0.5′]内，进一步判断不水平度Ψ1y的正负，如果不水平度Ψ1y大于零则由发射平台控制系统控制支臂I升，支臂III降，调整之后继续由发射平台控制系统判断不水平度Ψ1y是否在[﹣0.5′～0.5′]内；如果不水平度Ψ1y小于零则由发射平台控制系统控制支臂I降，支臂III升，调整之后继续由发射平台控制系统判断不水平度Ψ1y是否在[﹣0.5′～0.5′]内；如果不水平度Ψ1z在[﹣0.5′～0.5′]内，则结束垂调过程；如果不水平度Ψ1z不在[﹣0.5′～0.5′]内，进一步判断不水平度Ψ1z的正负，如果不水平度Ψ1z大于零则由发射平台控制系统控制支臂II升，支臂IV降，调整之后继续由发射平台控制系统判断不水平度Ψ1z是否在[﹣0.5′～0.5′]内；如果不水平度Ψ1z小于零则由发射平台控制系统控制支臂II降，支臂IV升，调整之后继续由发射平台控制系统判断不水平度Ψ1z是否在[﹣0.5′～0.5′]内；进行一级、二级火箭的联合垂调的具体方法为：设惯组安装基准面沿y轴上的不水平度为Ψ2y，设惯组安装基准面沿z轴上的不水平度为Ψ2z，设全箭基准平面沿y轴上的不水平度为Ψ3y，设全箭基准平面沿z轴上的不水平度为Ψ3z；首先进行y轴方向的垂调控制，发射平台控制系统判断︱Ψ2y－Ψ3y︳与22′的大小关系，如果︱Ψ2y－Ψ3y︳＞22′则转入人工手动垂调；如果︱Ψ2y－Ψ3y︳≤22′，则进一步︱Ψ2y－Ψ3y︳与16′的大小关系，如果︱Ψ2y－Ψ3y︳＞16′，则进一步判断Ψ2y是否的正负，如果Ψ2y≥0则进一步判断Ψ2y与16.5′的大小，如果Ψ2y＞16.5′则由发射平台控制系统控制支臂I升，支臂III降，如果Ψ2y≤16.5′，则进一步判断Ψ2y与15.5′的大小，如果Ψ2y＜15.5′则由发射平台控制系统控制支臂I降，支臂III升，如果Ψ2y≥15.5′则结束y轴方向的垂调控制，进行z轴方向的垂调控制；如果Ψ2y＜0，则进一步判断Ψ2y与﹣16.5′的大小关系，如果Ψ2y＜﹣16.5′则由发射平台控制系统控制支臂I降，支臂III升，如果Ψ2y≥﹣16.5′则进一步判断Ψ2y与﹣15.5′的大小关系，如果Ψ2y＞﹣15.5′则由发射平台控制系统控制支臂I升，支臂III降，如果Ψ2y≤﹣15.5′则结束y轴方向的垂调控制，进行z轴方向的垂调控制；如果︱Ψ2y﹣Ψ3y︳≤16′，则进一步判断Ψ3y是否大于0.5′，如果是则由发射平台控制系统控制支臂I升，支臂III降，如果否则进一步判断Ψ3y是否小于﹣0.5′，如果是则由发射平台控制系统控制支臂I降，支臂III升，如果否则结束y轴方向的垂调控制，进行z轴方向的垂调控制；z轴方向的垂调控制方法如下：发射平台控制系统判断︱Ψ2z－Ψ3z︳与22′的大小关系，如果︱Ψ2z－Ψ3z︳＞22′则转入人工手动垂调；如果︱Ψ2z－Ψ3z︳≤22′，则进一步︱Ψ2z－Ψ3z︳与16′的大小关系，如果︱Ψ2z－Ψ3z︳＞16′，则进一步判断Ψ2z是否的正负，如果Ψ2z≥0则进一步判断Ψ2z与16.5′的大小，如果Ψ2z＞16.5′则由发射平台控制系统控制支臂II升，支臂IV降，如果Ψ2z≤16.5′，则进一步判断Ψ2z与15.5′的大小，如果Ψ2z＜15.5′则由发射平台控制系统控制支臂II降，支臂IV升，如果Ψ2z≥15.5′则结束垂调控制过程；如果Ψ2z＜0，则进一步判断Ψ2z与﹣16.5′的大小关系，如果Ψ2z＜﹣16.5′则由发射平台控制系统控制支臂II降，支臂IV升，如果Ψ2z≥﹣16.5′则进一步判断Ψ2z与﹣15.5′的大小关系，如果Ψ2z＞﹣15.5′则由发射平台控制系统控制支臂II升，支臂IV降，如果Ψ2z≤﹣15.5′则结束垂调控制过程；如果︱Ψ2z﹣Ψ3z︳≤16′，则进一步判断Ψ3z是否大于0.5′，如果是则由发射平台控制系统控制支臂II升，支臂IV降，如果否则进一步判断Ψ3z是否小于﹣0.5′，如果是则由发射平台控制系统控制支臂II降，支臂IV升，如果否则结束垂调控制过程。