一种回收火箭控制中的质量估计方法与流程

1.本发明涉及火箭回收技术领域，尤其涉及一种回收火箭控制中的质量估计方法。


背景技术：

2.火箭进行回收控制时，火箭推力及质量是随时变化且不可知的，若想实现定高度悬停及回收技术，对火箭质量的估计是一项重要内容。由于火箭飞行中质量是未知量，目前还没有可以直接测量质量的设备及技术手段，故给火箭回收控制带来一定难度。
3.由于目前尚无可以直接测量飞行中质量的设备或技术，传统的控制方法无法知道火箭质量，因而很难进行回收控制。


技术实现要素：

4.为了解决火箭飞行过程中的质量估计问题，本发明提供一种回收火箭控制中的质量估计方法，可以有效估算出飞行中的实时质量，从而有利于实现回收火箭控制，相对于传统控制方法有了较大进步。
5.为达到上述目的，本发明提供了一种回收火箭控制中的质量估计方法，包括：
6.获取火箭起飞前的质量m0；获取发动机的平均比冲i、喷口面积sa；获取海平面大气压p0；获取飞控计算机计算周期τ；
7.实时获取飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)；
8.估算kτ时刻的质量为：
[0009][0010]
k为整数，取值由1开始增大，且m(0)取m0。
[0011]
进一步地，火箭起飞前的质量m0、发动机的平均比冲i、喷口面积sa、海平面大气压p0、飞控计算机计算周期τ在火箭飞行过程中为定值。
[0012]
进一步地，火箭起飞前的质量m0、发动机的平均比冲i、喷口面积sa、海平面大气压p0、飞控计算机计算周期τ在火箭起飞前输入飞控计算机。
[0013]
进一步地，飞控计算机在飞行过程中实时获取飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)，并估算kτ时刻的质量。
[0014]
进一步地，所述火箭为单级不分离火箭或分离后的单子级火箭。
[0015]
本发明提供另一种回收火箭控制中的质量估计方法，包括：
[0016]
获取火箭起飞前的质量m0；获取发动机的平均比冲i、喷口面积sa；获取海平面大气压p0；获取飞控计算机计算周期τ；
[0017]
所述火箭在回收过程中进行分离，获取分离部分的质量mf；
[0018]
实时获取飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)；
[0019]
飞控计算机判断是否进行了回收过程的分离，如果未分离则估算kτ时刻的质量为：
[0020][0021]
如果已经分离，则修正m(k)为m(k)-mf，下一周期继续估算(k 1)τ时刻的质量；
[0022]
k为整数，取值由1开始增大，且m(0)取m0。
[0023]
进一步地，火箭起飞前的质量m0、发动机的平均比冲i、喷口面积sa、海平面大气压p0、飞控计算机计算周期τ在火箭飞行过程中为定值。
[0024]
进一步地，火箭起飞前的质量m0、发动机的平均比冲i、喷口面积sa、海平面大气压p0、飞控计算机计算周期τ在火箭起飞前输入飞控计算机。
[0025]
进一步地，飞控计算机在飞行过程中实时获取飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)，并估算kτ时刻的质量。
[0026]
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0027]
(1)本发明提供一种回收火箭控制中的质量估计方法，可以有效估算出飞行中的实时质量。从而为实现回收火箭控制创造了条件，相对于传统控制方法有了较大进步。
[0028]
(2)飞控计算机能够实时掌握火箭的质量，有利于回收过程中更准确的控制姿态。
[0029]
(3)本发明提供的回收火箭控制中的质量估计方法，考虑飞行过程中力的平衡，通过飞行原理推到获得，计算简单。
[0030]
(4)本发明分别适用范围广，针对回收过程中发生分离的情形，进行修正，无论回收过程中是否发生分离都能够适用本发明提供的估算公式进行计算。
附图说明
[0031]
图1是质量估计方法流程图。
具体实施方式
[0032]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0033]
本发明提出一种回收火箭控制中的质量估计方法。通过一些可以提前测量或知道的量，及飞行中惯组和飞控计算机实时测量、计算的值，通过公式估算飞行中实时变化的质量。从而有利于实现回收火箭控制，相对于传统控制方法有了较大进步。
[0034]
回收火箭控制中的质量估计方法由飞控计算机完成，结合图1，步骤如下：
[0035]
(1)确定火箭起飞前的质量m0。对于某一确定的火箭来说该参数为定值，可以在起飞前确定并输入飞控计算机。
[0036]
(2)确定发动机相关参数：平均比冲i、喷口面积sa。发动机相关参数由发动机自身性能确定，在飞行过程中不发生改变，可以在起飞前确定并输入飞控计算机。
[0037]
(3)确定海平面大气压p0。该参数同样为定值，在起飞前确定并输入飞控计算机。
[0038]
(4)确定飞控计算机计算周期τ。该参数为设计常值，飞控计算机计算周期在飞行过程中不会发生改变，因此也是飞控计算机内输入的常值。
[0039]
(5)确定飞行中飞控计算机实时获取值：飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)。轴向视速度增量δw(k)由惯性测量组合输出至飞控计算机，k为整数。
[0040]
(6)则飞控计算机可估算kτ时刻的质量为：
[0041][0042]
其中m(k)为火箭在(k)τ时刻的质量值，m(k-1)为火箭在(k-1)τ时刻的质量值。m(k-1)初值为火箭起飞初始质量m0，之后便可根据公式1)不断迭代计算实时质量m(k)。其中k为整数，取值由1开始增大，且m(0)取m0。通过k的增大，不断进行迭代，飞控计算机实时估算火箭当前质量。
[0043]
上述方法适用于单级不分离火箭或分离后的某单子级火箭回收，若回收过程中还有分离过程，可在公式里直接减去分离质量即可，其中分离质量为常值，可在起飞前确定，具体的质量估计方法包括以下步骤：
[0044]
(1)确定火箭起飞前的质量m0。对于某一确定的火箭来说该参数为定值，可以在起飞前确定并输入飞控计算机。
[0045]
(2)确定发动机相关参数：平均比冲i、喷口面积sa。发动机相关参数由发动机自身性能确定，在飞行过程中不发生改变，可以在起飞前确定并输入飞控计算机。
[0046]
(3)确定海平面大气压p0。该参数同样为定值，在起飞前确定并输入飞控计算机。
[0047]
(4)确定飞控计算机计算周期τ。该参数为设计常值，飞控计算机计算周期在飞行过程中不会发生改变，因此也是飞控计算机内输入的常值。
[0048]
(5)火箭在回收过程中进行分离，获取分离部分的质量mf。该质量在起飞前即可确定，作为常值输入飞控计算机。
[0049]
(6)飞行中飞控计算机实时获取值：飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)。轴向视速度增量δw(k)由惯性测量组合输出至飞控计算机，k为整数。
[0050]
(7)则飞控计算机判断是否进行了回收过程的分离，如果未分离则估算kτ时刻的质量为：
[0051]
[0052]
如果已经分离，则进行一次修正，m(k)修正为m(k)-mf。修正迭代的质量值，后续的迭代仍然采用估算公式进行估算。
[0053]
由此即实现了回收火箭控制中的质量估计方法，从而为实现回收火箭控制提供了有力的保障。
[0054]
综上所述，本发明涉及一种回收火箭控制中的质量估计方法，获取火箭起飞前的质量m0；获取发动机的平均比冲i、喷口面积sa；获取海平面大气压p0；获取飞控计算机计算周期τ；实时获取飞行实时大气压p、箭体由(k-1)τ时刻到kτ时刻的轴向视速度增量δw(k)；估算kτ时刻的质量。本发明提供的回收火箭控制中的质量估计方法，可以有效估算出飞行中的实时质量。从而为实现回收火箭控制创造了条件，相对于传统控制方法有了较大进步。
[0055]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。