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运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术

李泳峄 吴新跃 李道平 张国栋 肖士利

李泳峄, 吴新跃, 李道平, 等 . 运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(9): 1774-1779. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0304
引用本文: 李泳峄, 吴新跃, 李道平, 等 . 运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(9): 1774-1779. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0304
LI Yongyi, WU Xinyue, LI Daoping, et al. Dynamic automatic docking technology of gas-liquid composite umbilical connector for launch vehicle[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(9): 1774-1779. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0304(in Chinese)
Citation: LI Yongyi, WU Xinyue, LI Daoping, et al. Dynamic automatic docking technology of gas-liquid composite umbilical connector for launch vehicle[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(9): 1774-1779. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0304(in Chinese)

运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0304
详细信息
    通讯作者:

    李泳峄, E-mail: lgslyy@126.com

  • 中图分类号: V553+.1;V554+.4

Dynamic automatic docking technology of gas-liquid composite umbilical connector for launch vehicle

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  • 摘要:

    为实现未来重型运载火箭地面组合连接器与箭上接口的自动对接,提高发射准备流程安全性、可靠性,降低人员保障要求,开展了组合连接器自动对接的技术研究及总体策略分析,提出了由检测、智能控制、位姿调整系统组成的技术方案及非接触式检测+主动位姿调整+被动随动的自动对接策略,并开展了组合连接器自动对接试验系统研制,进行了组合连接器自动对接、低温加注、自动分离等全流程试验验证工作。结果表明:自动对接装置检测、智能控制、位姿调整等各项功能正常,自动对接策略准确、可行,解决了大载荷组合连接器在箭上接口大范围、高速运动条件下的自动对接难题,综合跟踪范围达±600 mm,综合跟踪速度达500 mm/s,各综合工况下完成自动对接时间约为3~5 min。

     

  • 图 1  组合连接器自动对接技术应用部位

    Figure 1.  Application site of composite umbilical connector's automatic docking technology

    图 2  组合连接器自动对接技术路线

    Figure 2.  Automatic docking technical route of composite umbilical connector

    图 3  组合连接器自动对接试验系统实物

    1—自动对接装置;2—组合连接器;3—箭上接口;4—箭体模拟运动台。

    Figure 3.  Practical experimental automatic docking system of composite umbilical connector

    图 4  智能控制系统原理框图

    Figure 4.  Schematic diagram of smart control system

    图 5  自动对接试验过程

    Figure 5.  Experimental automatic docking process

    表  1  自动对接策略分析

    Table  1.   Automatic docking strategy analysis

    项目 策略 分析
    检测环节 ①非接触式检测:采用光学、激光等传感器 应用普遍、技术成熟、对箭体无附加载荷;但受外界雨、雪等环境影响
    ②接触式检测:对接装置、箭上接口设计机械定位结构 结构简单;但机械定位对箭体产生附加载荷
    位姿调整环节 ①主动调整:同时调整3平动、3转动自由度 调整精度高;但动作多、过程复杂,控制难度大
    ②主动调整:同时调整3平动自由度,3转动自由度自适应调整 平动自由度调整精度较高,控制简单;但需设计转动自由度偏差自适应调整结构
    ③被动调整:由对接装置、箭上接口机械定位 结构简单,无复杂控制,可靠性高;但对箭体产生附加载荷
    随动控制环节 ①主动随动:连接器与箭上接口对接锁紧后,对接装置与连接器不分离,加注过程同步随动 实时控制、流程简单;但检测、控制系统长时间工作,可靠性要求高
    ②被动随动:连接器与箭上接口对接锁紧后,与对接装置分离,加注过程同步随动 降低检测、控制系统长时间工作可靠性要求;但需设计对接装置与连接器的解脱机构,自动分离时需进行二次对接
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    表  2  自动对接装置主要设计技术指标

    Table  2.   Main technical parameters of automatic docking equipment

    指标 数值
    检测距离/mm 400~2 000
    检测精度/mm 0.5~3
    检测频率/Hz 200
    综合跟踪范围/mm ±600
    综合跟踪速度/(mm·s-1) ±725
    综合跟踪误差/mm 不大于±30
    承载能力/kg 150
    整机质量/kg 750
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  • [1] 何家声. 航天发射地面支持技术[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2015.

    HE J S. Space launch ground support technology[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2015(in Chinese).
    [2] 符锡理. 运载火箭脐带自动脱落连接器[J]. 导弹与航天运载技术, 1988(9): 62-69. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH198809008.htm

    FU X L. Umbilical automatic dis-connector of launch vehicles[J]. Missiles and Space Vehicles, 1988(9): 62-69(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH198809008.htm
    [3] DANDAGE S R, HERMAN N A, GODFREY S E, et al. Design and development of the space shuttle tail service masts: NASA-1979-21357[R]. Washington, D.C. : NASA, 1979.
    [4] NASA. The perfect mate for safe fueling[EB/OL]. (2004-01-01)[2016-03-20]. https://spinoff.nasa.gov.
    [5] GOSSELIN A M. Automated ground umbilical systems (AGUS) project: NASA-20130011368[R]. Washington, D.C. : NASA, 2007.
    [6] MANLEY W C, TAMASY G J, MALONEY P. Ares I linear mate umbilical plate and collet: NASA-N20130008828[R]. Washington, D.C. : NASA, 2012.
    [7] 郑国昆, 王小军, 李道平. 基于运载火箭加泄连接器自动对接系统的控制流程研究[J]. 导弹与航天运载技术, 2015(1): 25-28. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH201501010.htm

    ZHENG G K, WANG X J, LI D P. Study on control flow based on auto-docking system of launch vehicle fuel connector[J]. Missiles and Space Vehicles, 2015(1): 25-28(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH201501010.htm
    [8] 白文龙, 李泳峄, 翟旺, 等. 运载火箭连接器自动对接技术应用分析[J]. 导弹与航天运载技术, 2017(6): 65-71. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH201706015.htm

    BAI W L, LI Y Y, ZHAI W, et al. Application analysis of automated mating technique used on launch vehicle filling connectors[J]. Missiles and Space Vehicles, 2017(6): 65-71(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH201706015.htm
    [9] 李泳峄, 吴新跃, 翟旺, 等. 基于柔性直角坐标机器人的火箭连接器自动对接过程分析及试验[J]. 导弹与航天运载技术, 2019(1): 116-121. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH201901027.htm

    LI Y Y, WU X Y, ZHAI W, et al. Analysis and experiment on the launch vehicle's umbilical connector autonomous mating process based on flexible rectangular robot[J]. Missiles and Space Vehicles, 2019(1): 116-121(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DDYH201901027.htm
    [10] 李泳峄, 翟旺, 张国栋, 等. 火箭推进剂输送连接器自动对接装置及其动态特性研究[J]. 机床与液压, 2020, 48(4): 13-18. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCYY202004004.htm

    LI Y Y, ZHAI W, ZHANG G D, et al. Research on dynamic characteristics of the autonomous mating equipment of launch vehicle's umbilical connector[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2020, 48(4): 13-18(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCYY202004004.htm
    [11] 黄小妮, 顿向明, 张育林, 等. 运载火箭推进剂加注自动对接与脱离机器人本体设计[J]. 机器人, 2010, 32(2): 145-149. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JQRR201002001.htm

    HUANG X N, DUN X M, ZHANG Y L, et al. The auto-docking and auto-separating mechanism designed for the rocket fuel loading[J]. Robot, 2010, 32(2): 145-149(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JQRR201002001.htm
    [12] 游嘉伟, 顿向明, 山磊, 等. 运载火箭推进剂加注机器人机构设计[J]. 机电一体化, 2016, 22(4): 41-44. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDTH201604008.htm

    YOU J W, DUN X M, SHAN L, et al. Mechanism design of carrier rocket propellant filling robot[J]. Mechatronics, 2016, 22(4): 41-44(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDTH201604008.htm
    [13] 张鑫, 李志刚, 徐华, 等. 运载火箭自动对接连接器液压系统研究[J]. 兵器装备工程学报, 2016, 37(3): 146-150. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CUXI201603035.htm

    ZHANG X, LI Z G, XU H, et al. Research of hydraulic system of automatic butt-joint connector for carrier booster[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2016, 37(3): 146-150(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CUXI201603035.htm
    [14] 董霞, 陈康宁, 李天石. 机械控制理论基础[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2005.

    DONG X, CHEN K N, LI T S. Fundamentals of mechanical control theory[M]. Xi'an: Xi'an Jiaotong University Press, 2005(in Chinese).
    [15] 刘金琨. 先进PID控制MATLAB仿真[M] 4版. 北京: 电子工业出版社, 2016.

    LIU J K. Advanced PID control and MATLAB simulation[M]. 4th ed. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2016(in Chinese).
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-30
  • 录用日期:  2020-11-01
  • 网络出版日期:  2021-09-20

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