[发明专利]一种自旋稳定的火箭分离体残骸落区精准控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种自旋稳定的火箭分离体残骸落区精准控制系统，包括自旋系统、栅格舵系统和分离体，所述分离体包括分离体头部和分离体本体，所述分离体本体靠近所述分离体头部的一端设置有自旋发动机系统，另一端尾部设置有栅格舵系统，所述自旋发动机系统包括两个自旋发动机，所述两个自旋发动机的喷管沿所述分离体的轴呈轴对称分布。本发明采用两个对称发动机使火箭自旋，能获得较大的自旋转速，可以有效降低气动不对称及工艺误差等干扰因素的影响，保持物体的飞行稳定性；采用自旋稳定加栅格舵的联合控制方式，可以有效降低火箭残骸的落区范围，至100平方公里(10km×10km)左右，可以降低甚至避免因落区问题而对发射任务造成的不利影响。

技术领域

本发明属于总体设计与控制技术领域，具体涉及一种自旋稳定的火箭分离体残骸落区精准控制系统及方法。

背景技术

现代火箭都是采用多级的结构形式，当火箭发射后，在飞行过程中，为了减轻死重，会将燃料耗尽的子级抛掉。被抛掉的部分即分离体没有动力也没有控制系统，只有一个分离后的初速度，在气动力和重力的共同作用下会坠落到地面上，由于风有随机性，所以落区会是一个落点散布的面积较大的一块区域，固体火箭的二、三级分离体和液体火箭的二级分离体的残骸落区一般是在1500平方公里 (30km×50km)左右。在以往的发射任务中，会在发射前通过调整弹道规划一个火箭残骸的落区，通常是将落区规划在无人区，以免造成人员伤亡或财产损失。但是由于社会迅猛发展和人口数量激增，我国目前的内陆发射场周边的火箭残骸落区不再是绝对的无人区，可以规划为火箭落区的面积也在逐渐缩小，无控分离体安全性问题日益突出。为了解决这个问题，现在一般在发射任务之前需要规划好弹道，把残骸落区调整到人烟稀少、无大型建筑设施的地区，并且在发射前，需要对该地区的人员进行疏散，消耗了人力物力资源，增加了时间成本，甚至可能因为无法找到一个合适的落区而取消发射任务。因此迫切需要从技术上解决落区散布范围大小可控且散布范围尽可能小的问题。

自旋稳定是一项成熟的控制技术，是指利用陀螺稳定性原理，让物体在飞行过程中绕体轴旋转，以锥形运动螺旋前进，可以有效降低气动不对称、推力偏心及工艺误差等干扰因素的影响，保持物体的飞行稳定性，这一技术广泛的应用在火箭弹、炮弹、子弹上。但是当物体既饶体轴旋转，又有攻角时，会在背风面形成一个不对称的涡对，从而造成物体两边压力分布不对称，继而产生一个侧向力，这个侧向力被称为马格努斯力，因马格努斯力产生的力矩被称为马格努斯力矩。虽然马格努斯力一般不大，约为法向力的1％～10％，但是马格努斯力矩会影响物体的横向动稳定性，降低物体的命中精度，则需用栅格舵加以控制；栅格舵是由若干块栅格壁镶嵌在边框内形成的一种高效的气动舵面，在控制力臂相同的情况下，能获得比空气舵更大的控制力矩，是一项比较成熟的控制技术，在众多导弹、火箭上都有应用。但在对火箭分离体进行控制的技术中，未见将自旋稳定技术和栅格舵技术两者相结合实现落区散布范围小的报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出一种自旋稳定的火箭分离体残骸落区精准控制系统及方法，可以有效减小火箭残骸的落区范围。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种自旋稳定的火箭分离体残骸落区精准控制系统，其特征在于包括自旋系统、栅格舵系统和分离体，所述分离体包括分离体头部和分离体本体，

所述分离体本体靠近所述分离体头部的一端设置有自旋发动机系统，另一端(尾部)设置有栅格舵系统，

所述自旋发动机系统包括两个自旋发动机，所述两个自旋发动机的喷管沿所述分离体的轴呈轴对称分布。

进一步地，所述栅格舵系统包括舵机和折叠起来的栅格舵，栅格舵为十字形舵，四片舵间隔90°分布在所述分离体本体周围，舵机安装在分离体尾部内部。四片舵保持整个分离体的对称性，然后有一个冗余备份的功能，如果有一片舵坏了，可以采用另外两片对称的舵进行控制。

更进一步地，所述喷管埋在头部里面以减小飞行时的气动阻力。