[发明专利]一种临近空间垂直投放发射单通道增稳控制方法及系统

说明书

本申请公开了一种临近空间垂直投放发射单通道增稳控制方法及系统，该方法包括:获取滚转通道力矩指令以及相关参数，相关参数包括当前飞行状态下的滚转空气力矩、飞行动压、飞行器参考面积、滚转通道参考长度及设计舵效系数；计算获得差动舵面控制指令，以便差动舵通过执行差动舵面控制指令产生滚转力矩使飞行器以目标飞行姿态飞行。本申请实施例仅通过在飞行器的滚转通道上增加一对小型差动舵面，仅通过滚转控制达到飞行器三个通道的稳定飞行效果，同时克服在临近空间投放后高度迅速下降的过程中，大气密度急剧变化的影响，能够通过单通道调整飞行轨迹在预设的飞行垂面内，以降低飞行试验对空域范围的需求，也降低搜索回收飞行器难度。

技术领域

本申请涉及临近空间垂直投放技术领域，特别是涉及一种临近空间垂直投放发射单通道增稳控制方法及系统。

背景技术

飞行器（flight vehicle）是在大气层内或大气层外空间（太空）飞行的器械。飞行器靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力发射升空飞行。

传统的发射飞行器的方式主要包括火箭助推发射和飞机挂载浮空器挂载投放发射两种方式，但是，各自都存在一些缺陷，例如，火箭助推时，火箭的直径对飞行器的空间尺寸会有极强的约束，飞机挂载时，外挂物气流对飞行器平台也会有剧烈干扰。在此背景下，浮空器挂载投放发射便应运而生了。浮空器挂载投放发射也即为通过浮空器挂载飞行器，并在临近空间通过垂直投放的方式发射飞行器，。具体实现时，飞行器头朝下垂直装载在固接支架中，通过重力从稀薄的临近空间掉落并加速，随后完成各种机动动作或者通过启动动力系统实现临近空间投放发射的效果。

浮空器挂载投放发射虽然包括很多优点，例如，由于飞行器是垂直吊挂在高空气球下，飞行器与平台载体件的耦合性极低，飞行器可以随意设计成各种外形和尺寸而对平台的耦合约束很小，所以适合新科学探索和新技术飞行试验。另外，临近空间空气稀薄（例如30km高度的大气密度只有地面的百分之一），利用重力势能转换为动能的效率高，飞行器可以比较容易的在无动力条件下达到超声速，因此可以节省大量的发射能量需求，是一种低成本完成新型飞行试验的手段。

临近空间垂直投放可以用于飞行器的发射，还可以用于对飞行器的设计特性进行研究。当使用临近空间垂直投放用于待研究飞行器，对待研究飞行器设计特性进行研究时，希望在真实飞行条件下准确获知飞行器设计构型的升阻力、力矩特性、自配平和各通道稳定性等特性，而这些特性的获取是需要尽可能的排除飞行控制的耦合（如各舵面偏转后会对飞行器构型本体特性带来明显变化）。

然而任何飞行器，不存在同时三通道全静稳定的设计可能，工程实现中也不可能将重心、压心配置在完全准确的位置，也就意味着如果没有控制干预，任何飞行器被投放飞行时必然会发生姿态发散，显然该飞行结果对于获取飞行器构型气动特性也是非常不利的。

因此，如何在尽量排除对待实验飞行器飞行控制耦合的基础上，可以实现对飞行器姿态进行控制防止姿态发散，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种临近空间垂直投放发射单通道增稳控制方法及系统。

本申请提供了如下方案：

一种临近空间垂直投放发射单通道增稳控制方法，包括：

获取滚转通道力矩指令以及相关参数，所述相关参数包括当前飞行状态下的滚转空气力矩、当前飞行状态下的飞行动压、飞行器参考面积、滚转通道参考长度以及设计舵效系数；所述当前飞行状态为飞行器飞行弹道倾角超过预设值后的定向飞行状态；

根据所述滚转通道力矩指令以及所述相关参数计算获得差动舵面控制指令，以便差动舵通过执行所述差动舵面控制指令产生滚转力矩使所述飞行器以目标飞行姿态飞行；

其中，所述飞行器在纵向以及横航向静稳定；所述差动舵包括所述飞行器上唯一一对用于控制所述飞行器产生滚转运动的差动舵面。