[发明专利]用于消除纵向振动效应的方法

说明书

发明背景

本发明涉及一种抑制由至少一个反应式发动机推进的飞行器上的纵向振动效应的方法，所述反应式发动机推进被供以至少一种液体推进剂。术语“反应式发动机”在此上下文中被用于覆盖尤其是火箭发动机，而术语“飞行器”覆盖任何有人驾驶或无人驾驶飞行器，并且尤其是空间发射器。

在航空航天领域，尤其在液体推进剂火箭领域，“纵向振动”效应指反应式发动机的馈送电路中的液体推进剂参与与正由该反应式发动机推进的飞行器的机械振荡的谐振。因为来自该发动机的推力可随由馈送电路递送推进剂的速率而改变，这种参与谐振可导致迅速发散振荡并且可因此可引起导航困难，并且确实导致破坏，可能直至有效载荷或实际上飞行器的全失。术语“纵向振动效应”不是来自于缩写词，而是来自于弹簧高跷杖，即由具有弹簧的杆形成的玩具，该玩具以这样的方式弹跳，该方式提醒技师火箭中由该效应导致的猛烈纵向振荡。因为开始发展液体推进剂火箭，所以已经发现采取措施来抑制纵向振动效应是最重要的。在本说明书的上下文中，术语“抑制”应被理解为覆盖完全的总体抑制和部分降低两者。

用于校正纵向振动效应的两种主要的不同类型的系统对于本领域技术人员是已知的：无源系统和有源系统。通过无源系统，液压谐振频率被改变使得它们不能与火箭的机械谐振频率一致。它们也可被减震。作为示例，这可通过在推进剂供料电路中安装液压蓄压器来进行。此种液压蓄压器尤其通过与供料电路通信的包含气体和液体的经加压体积来形成。液压蓄压器随后充当质量-弹簧-阻尼器系统，其中该质量是蓄压器中的液体质量。弹簧由气体形成，并且阻抑来自经由受限导管进入和离开蓄压器的液体的黏度。在等效电路中，此种液压蓄压器对应于恒定电容的电容器。此种蓄压器的压缩性和阻抑参数基本上是恒定的，或者至少不是可控的。相反，对于有源系统，在供料电路中创建对立的压力-流速振荡以对抗在该电路中测得的振荡。

无论如何，无源系统和有源系统两者都存在缺点。无源系统不适于在其机械谐振频率中呈现很大程度变化的火箭，因为它们不阻抑它们被指定的频率周围的窄带以外的模式。如果火箭飞行的预测动态行为与实际动态行为之间有差异，则它们不能进行自身校正。至于有源系统，它们冒着只能在局部有积极影响的风险，而在别处它们可引起负面效应，无论是的局部的还是全局的。

为了避免那些缺点，国际专利申请WO2012/156616公开了用于抑制纵向振动效应的各种设备和方法，由此改变供料系统中的液压谐振频率以使它们贯穿飞行器的整个飞行的始终与机械谐振频率保持距离是可能的。具体地，先前的文档公开了在用于向反应式发动机供给至少一种推进剂的系统中使用液压蓄压器，这使得在多种预定工作水平中作出选择成为可能，每个工作水平对应于液压蓄压器中的不同体积的气体。在类似电路中，此种电蓄压器将对应于在多种确定水平中可变化的电容的电容器。尽管如此，在那个文档的方法中，在某些情况下，当从不足够远离机械谐振频率的第一水平进入足够远离该机械谐振频率的第二水平但位于标绘该机械谐振频率的曲线的相反侧上时，至少一个液压谐振频率可短暂地跨越机械谐振频率。尽管谐振频率之间的此种瞬时和快速一致通常不能导致谐振，然而应该避免这种情况。

发明内容

本发明寻求改进那些缺点。本发明寻求提出一种方法，该方法使得以更有效的方式来抑制纵向振动效应同时很大程度上避免跨越液压和机械谐振频率(即使仅是瞬时的)成为可能。

在一实现中，该目标通过以下步骤之后的事实来实现：

用来自所述预定水平之中的所述蓄压器的当前水平来演算针对所述供料系统的液压谐振模式集的每个模式的当前液压谐振频率；

用作为对当前水平的替换的预定水平的每个水平来演算所述供料系统的所述液压谐振模式集的每个模式的替换液压谐振频率；以及

演算每个当前液压谐振频率与所述飞行器的结构的机械谐振模式集的每个模式的当前机械谐振频率之间的当前差值；

如果第一参考标准未被所有当前差值满足，则针对每个替换水平演算每个替换液压谐振频率与每个当前机械谐振频率之间的差值集，并且如果多个替换水平的每个差值集满足所述第一参考标准，则要求液压蓄压器作出从当前水平到替换水平的转换，该替换水平被选自满足第一参考准则、并且在该转换期间没有液压谐振频率跨越任何当前机械谐振频率的所述替换水平。

在本文中，术语“集”应被宽泛地理解，其不但覆盖多个，而且覆盖具有单个元素的集合。