南京航空航天大学液压 法尔肯9可重复使用火箭发展综述(6)

3.4 高可靠性着陆支撑技术

着陆支撑是火箭子级垂直返回的最后一个步骤，也是决定回收成功与否的关键所在。目前，常用的软着陆支撑系统有气囊式和着陆支架式两类。气囊式的缓冲吸能元件为充气气囊，在着陆过程中通过排气孔排气以耗散冲击能量。气囊式吸能效果好，能够缓解较大冲击，但着陆姿态不易控制，可靠性不够。着陆支架由着陆腿、缓冲器、足垫、展开锁定机构等组成，其结构示意如图8所示。着陆支架工作时通过着陆腿内部缓冲器的压缩变形吸收冲击能量，着陆后不反弹，具有着陆姿态稳定、可靠性高的优点，因此，法尔肯9采用着陆支架方式。

图8 着陆支架结构示意

着陆支架的设计方案主要包括着陆腿的数量及缓冲器类型，常用的方案及特点见表3。

表3 常见着陆支架方案及特点[4]

方案特点 着陆腿数量三腿式质量小、安装方便 四腿式支撑面积大、稳定性高、缓冲能力强 缓冲器类型液压阻尼式可多次使用、阻尼系统不受缓冲影响 金属变形式质量小、结构组成简单、研制难度不大

可重复使用火箭着陆支架的设计需考虑以下3个要求：a）具有良好的缓冲功能，减小对子级结构的冲击过载；b）能适应子级着陆时姿态倾斜及具有水平速度的情况，保证着陆的稳定性；c）着陆支架展开后应具备抗发动机喷流的热防护能力。

3.5 健康管理技术

可重复使用运载器各系统高度集成，工作环境恶劣多变，为达到快速重复使用及降低寿命周期维修费用的目的，健康管理技术受到越来越多的重视和应用。

对运载器而言，健康是指与期望的正常性能状态相比较的性能一致性程度，健康管理是指根据诊断/预测信息、可用维修资源和使用要求对整个任务做出适当决策的能力[9]。实际工程中，通过选用先进传感器，采集运载器的状态信息，通过数据信息的处理，选择合适的方法，对其状态进行故障诊断和预测，并对其状态进行健康评估，采取适当的维修决策，保障运载器顺利完成任务[10]。

健康管理技术是在美国国防部（DoD）和美国国家航空航天局（NASA）的大力推动下不断发展、成熟起来的，其发展过程可大致分为可靠性分析、故障分析与预测、综合诊断与系统监控、综合系统故障预测和健康管理5个阶段[11]。近年来，典型的健康管理平台有以下几种：

a）感应监视系统。感应监视系统（Inductive Monitoring System，IMS）利用正常运行累积的历史数据或仿真数据，建立系统特征的正常知识库，当实时数据偏离正常库一定范围时，则认为出现了异常，或者将会出现异常，发出异常警报[11]。IMS已经成功应用于航天飞机健康监控、空间站控制力矩陀螺故障检测、运载火箭推进系统状态监控等航空航天复杂系统。其优点是纯粹从数据出发，不用考虑对象的模型特征；缺点是当数据量不够覆盖所有正常状态时虚警率较高。

b）利文斯顿系统。利文斯顿（Livingstone）系统是一种基于模型的健康管理系统，自开发起，先后应用于深空1号（DS-1）探测器、地球观测-1（EO-1）卫星、以及X-34、X-37等重复使用运载器上[11]。其优点是预测结果精确，适合定量计算；缺点是不适用很难获得精确数学模型的复杂、动态系统。

c）集成系统健康管理系统。集成系统健康管理（Integrated System Health Management，ISHM）系统也是一种基于模型的健康管理系统，依靠传感器测量值与模型预测值的比较进行故障诊断。目前，ISHM系统主要应用于A-1试验台和J-2X发动机，其在体系框架、异常检测与诊断技术、预测技术、智能传感器和部件技术等关键技术上取得了新进展，代表了目前健康管理技术的先进水平[9]。

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