[发明专利]一种液体火箭单推力RCS布局及姿态控制方法

说明书

本发明提供一种液体火箭单推力RCS布局及姿态控制方法，共设置12个推力室，距离箭体中心距离相同，产生的推力均为同一推力值；12个推力室形成四个推力室组，四个推力室组沿箭体同一周向均布；每个推力室组包括一个沿箭体轴向布置的推力室以及两个沿箭体切向布置的推力室。仅用一种推力品种的RCS便可用于火箭不同子级、不同通道、不同阶段的姿态控制，大大降低了RCS设计、生产的难度与复杂度，减少了推力室选型，降低了管路复杂度，大大减少了成本及系统复杂度，增加了可靠性；将同一种推力品种用于姿态控制时的控制算法较为简单。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，尤其涉及一种液体火箭单推力RCS布局及姿态控制方法。

背景技术

反应控制系统RCS(Reaction Control System)，是航天器在空间机动飞行用的微型火箭发动机，为航天器的姿态调整与入轨、变轨、交会对接等动作提供微量的调整。通过RCS实现姿态控制时，是一种直接力控制方法，通过RCS小推力室产生直接推力，进而通过作用点与质心位置的力臂产生控制力矩。液体火箭用RCS实现姿态控制时，常用推力为几牛到几百牛，偶有上千牛推力品种。

液体火箭用RCS实现姿态控制时，由于火箭不同子级及同一子级的俯仰、偏航和滚动三通道所需的控制力矩差异较大、甚至是数量级的差异，且控制力臂也差异较大，故RCS通常会搭配几种不同推力品种。如几牛的推力用于末级滚动通道控制、几十牛的推力用于末级俯仰偏航通道控制、几百牛的推力用于非末级姿态控制。

RCS同时搭配几种不同推力品种用于火箭姿态控制，一是给RCS设计、生产带来困难，需要增加不同品种的推力室，且需要更复杂的管路系统；二是将不同的推力品种用于姿态控制时的控制算法较为复杂，需要分为几个不同阶段、不同层次。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种液体火箭单推力RCS布局及姿态控制方法，仅用一种推力品种的RCS便可用于火箭不同子级、不同通道、不同阶段的姿态控制，大大降低了RCS设计、生产的难度与复杂度，减少了推力室选型，降低了管路复杂度，大大减少了成本及系统复杂度，增加了可靠性；将同一种推力品种用于姿态控制时的控制算法较为简单。

为达到上述目的，本发明提供了一种液体火箭单推力RCS布局方法，包括：

共设置12个推力室，距离箭体中心距离相同，产生的推力均为同一推力值；

12个推力室形成四个推力室组，四个推力室组沿箭体同一周向均布；每个推力室组包括一个沿箭体轴向布置的推力室以及两个沿箭体切向布置的推力室。

另一方面提供一种液体火箭RCS姿态控制方法，包括：

共设置12个推力室，距离箭体中心距离相同均为L，产生的推力均为同一推力值F；第九至第十二推力室沿箭体同一周向均布沿箭体轴向布置；第一至第八推力室沿箭体切向布置的推力室；第九推力室与第一和第二推力室为一组，第十推力室与第三和第四推力室为一组，第十一推力室与第五和第六推力室为一组，第十二推力室与第七和第八推力室为一组；

用于末级俯仰通道控制时，第十一推力室为俯仰正指令、第九推力室为俯仰负指令；俯仰正指令产生的控制力矩为：俯仰负指令产生的控制力矩为：总的俯仰控制力矩为：

用于末级偏航通道控制时，第十推力室为偏航正指令、第十二推力室为偏航负指令；偏航正指令产生的控制力矩为：M_ψ+＝-F·u₁₀·L，偏航负指令产生的控制力矩为：M_ψ-＝F·u₁₂·L；总的偏航控制力矩为：M_ψ＝M_ψ++M_ψ-＝-F·(u₁₀-u₁₂)·L；