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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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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-30
  • 录用日期:  2020-11-01
  • 刊出日期:  2021-09-20

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