[发明专利]多级飞行器控制系统和方法、多级飞行器和导弹和火箭

说明书

技术领域

本发明属于多级飞行器的姿态控制技术领域，特别是涉及多级飞行器控制系统、多级飞行器控制方法、应用了该多级飞行器控制系统的多级飞行器、火箭和导弹。

背景技术

通常的火箭或者弹道式战略/战术导弹设计，在每一级都需安装一套姿态控制设备。在一级飞行时，使用一级的姿态控制系统进行控制；在二级飞行时，使用二级的姿态控制系统进行控制；在三级飞行时，采用三级的姿态控制系统进行控制。这样设计的好处在于系统设计简单，每一级的姿态控制系统都针对本级进行设计，设计实现都比较方便。

这种传统设计方式也存在缺点。其主要在于火箭或者战略、战术导弹有多少级，就需要多少套姿态控制系统。姿态控制系统数量的增加，也带来了较多的问题。

a)多套姿态控制系统，每一套都不能失效(任何一套失效都会导致飞行器失稳，从而导致飞行任务失败)，从可靠性的角度而言形成了飞行可靠性的串联环节，全系统的可靠性比任一套的可靠性都低，降低了系统的可靠性。

b)姿态控制系统数量的增多，必然带来成本的大幅度增大，从成本的角度也非常高昂。

c)姿态控制系统数量的增多，必然带来结构安装、电气控制复杂度的提高，也会带来成本与可靠性的问题。

d)对于飞行器而言，其重量是一个非常重要的参数；比如运载火箭的有效载荷，每增加1kg，就相当增加1kg黄金的价格；对于飞行器而言，姿态控制系统设备的增多，必然带来飞行器重量的增加。

发明内容

本发明为克服现有技术中存在的技术问题而提供多级飞行器控制系统、多级飞行器控制方法、应用了该多级飞行器控制系统的多级飞行器、火箭和导弹，该多级飞行器可以降低制造、发射成本，提高可靠性。

一种多级飞行器姿态控制系统，多级飞行器包括第一级，其特征在于：包括姿控设备和第一级，姿控设备包括设置于多级飞行器头部的末级姿控装置，还包括：

姿态传感器，用于实时采集多级飞行器的俯仰角度，和/或，实时采集多级飞行器的偏航角度；

飞行器姿态控制器，飞行器姿态控制器为集成式飞行器姿态控制器，集成式飞行器姿态控制器设置在多级飞行器头部，用于：实时接收俯仰角度，和/或，偏航角度；并根据俯仰角度，和/或，偏航角度，控制姿控设备的推力和/或姿控设备的开关。

通过将姿控装置设置在多级飞行器的头部和第一级，可以减少所需要控制的喷管的数量。并且通过设置于头部的集成式飞行器姿态控制器来控制一级姿控装置和末级姿控装置，可以减少姿态控制器的数量，降低多级飞行器的制造、发射成本，提高多级飞行器的可靠性。

优选的技术方案，其附加特征在于：集成式飞行器姿态控制器用于在多级飞行器带有第一级的飞行时，控制末级姿控装置产生推力P₁，

P₁*L₁>M_需1

其中，M_需1为多级飞行器在带有第一级的飞行时所需的俯仰力矩或偏航力矩，L₂为多级飞行器在带有第一级的飞行时的第一质心位置与末级姿控装置之间的垂直距离；

在第一级从多级飞行器分离后，集成式飞行器姿态控制器控制末级姿控装置产生推力P₁，

P₁*L₂>M_需2

其中，L₂为第一级从多级飞行器分离后的多级飞行器的第二质心位置与末级姿控装置之间的垂直距离，M_需2为第一级多级飞行器分离后的多级飞行器所需的俯仰力矩或偏航力矩。

当多级飞行器在一级飞行的时候，由于末级姿控装置与此时飞行器的质心较远，所以用不大的推力，即可以产生较大的偏航力矩或俯仰力矩，可以提高飞行器的控制性能。

当第一级与多级飞行器分离之后，由末级姿控装置控制飞行器的剩余部分的飞行姿态，对于三级飞行器而言，可以省略掉二级姿控装置，降低了这一不必要的重量负担，也提高了系统控制的可靠性。

优选的技术方案，其附加特征在于：姿控设备还包括设置于多级飞行器的第一级的一级姿控装置。

由于一级姿控装置是要在第一级与多级飞行器分离的，所以设置一级姿控装置，可以减少末级姿控装置在一级飞行时的负担，减少末级姿控装置的重量，提高多级飞行器的最终载荷。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：控制末级姿控装置产生推力P₁和/或一级姿控装置产生推力P_2需2，