一种无水肼发动机试验控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无水肼发动机试验控制系统，包括发动机，落压式液体推进系统用于通过高压氮气将原料通过原料输送通道输送给发动机；数据采集设备，用于采集发动机的数据信息，并将发动机的数据信息发送到数据采集卡；温度控制设备用于根据接收的数据采集卡的发动机数据信息，控制对发动机进行加热或降温；点火控制设备用于根据接收的数据采集卡的工控机控制命令，通过点火控制电磁阀控制发动机原料输送；数据采集卡用于将数据采集设备发送的发动机的数据信息发送到工控机。本发明专利技术主要应用于航空姿控液体发动机点火试验，具体功能包含数据采集、数据存储、数据分析、点火控制。

【技术实现步骤摘要】
一种无水肼发动机试验控制系统
本专利技术涉及一种无水肼发动机热试技术，具体地说是一种用于小型姿控发动机热试的无水肼发动机试验控制系统。
技术介绍
20世纪60年代以来，航天技术受到各国的高度重视，航天技术不仅和国防科技、国防安全息息相关，更是对现代国民经济发展最有影响力的科学技术之一。航天技术是人类历史最复杂的工程之一，空间推进技术是航天技术的重要组成部分。现有的空间推进技术主要依靠化学能推进，其中液体火箭推进的一个重要分支是单组元液体火箭发动机。单组元液体发动机主要用于各种航天器的姿态控制，同时在鱼雷、导弹等军事武器中也有重要应用。单组元液体发动机采用单组元推进剂作为燃料，多为微、小型火箭发动机，其结构简单，可靠性高，尤其采用落压式控制系统时整个系统和早期卫星的冷气系统一样简单。近些年航天事业快速发展，对微、小单组元发动机提出了新的要求：常温下多次启动，长脉冲稳态和短脉冲瞬态工作，几年甚至更久的长寿命。现阶段单组元发动机燃料以肼类燃料为主，是各国研究的重点。无水肼发动机的研究需要大量的试车试验，试验人员要在地面搭建完整的发动机热试系统，用来模拟实际飞行中的各种工况。现有试验控制系统存在如下问题：1、自动化程度低，需要大量的人工干预。如发动机加热降温均需要手动开闭，试验中大量数据需要人工记录；2、安全性不足。系统并未设置针对压力、温度等数据异常时的处理方案；3、数据处理功能不足，试验后作图、比冲等指标计算均需耗费大量劳动及时间成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种无水肼发动机试验控制系统。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种无水肼发动机试验控制系统，包括发动机，落压式液体推进系统，用于通过高压氮气将原料通过原料输送通道输送给发动机；数据采集设备，用于采集发动机的数据信息，并将发动机的数据信息发送到数据采集卡；温度控制设备，用于根据接收的数据采集卡的发动机数据信息，控制对发动机进行加热或降温；点火控制设备，用于根据接收的数据采集卡的工控机控制命令，通过点火控制电磁阀控制发动机原料输送；数据采集卡，用于将数据采集设备发送的发动机的数据信息发送到工控机，并接收工控机的控制命令后发送到温度控制系统和点火控制系统；工控机，接收并根据当前发动机的数据信息对发动机状态进行监控，采集、分析、存储数据，输出点火控制指令和反馈控制命令。所述落压式液体推进系统包括高压氮气源、气控台和工作罐；气控台一端与高压氮气源相连，另一端与工作罐顶端相连，工作罐底端通过原料输送通道连接发动机。在所述原料输送通道靠近发动机一端设置点火控制电磁阀，控制原料输送通道的通断。所述高压氮气源采用高压气瓶；所述气控台由压力表和若干手阀组成；所述工作罐采用耐腐蚀钛合金。所述数据采集设备包括压力传感器、温度传感器、流量计、真空计和信号调理模块；压力传感器固定于发动机机身，并通过导线接入信号调理模块的输入端，采集当前发动机燃烧室的压力数据，发送到信号调理模块；压力传感器精度为0.1％FS，每次试验前用标定仪器标定传感器。真空计设置于发动机所在真空仓外壁，并接入信号调理模块的输入端，与真空仓集成，采集当前发动机所在真空仓的真空度，输出0-10v，发送到信号调理模块；温度传感器设置于发动机机身，并通过导线接入信号调理模块输入端，采集当前发动机的温度数据发送到信号调理模块；流量计设置于原料加注通道中，并通过导线接入信号调理模块输入端，采集原料加注通道中的流量数据，发送到信号调理模块；信号调理模块的输出端与数据采集卡模拟输入端口用导线连接，将采集到的发动机数据信息发送到数据采集卡。所述温度控制设备包括加热设备和降温设备；加热设备，包括缠绕于发动机机身的电阻丝和控制电阻丝的加热电路，通过加热电路控制电阻丝加热，对发动机进行加热；降温设备,包括高压氮气源、气控台、控制降温电磁阀、吹气管道，控制降温通道的开闭，通过高压氮气对发动机进行降温。还包括显示器通过VGA线与工控机VGA接口相连；输入设备通过USB接口与工控机相连，存储模块通过SATA接口与工控机相连，带有一个250k/s的16位A/D转换器，提供16路单端模拟量输入或8路差分模拟量输入，并带有16路数字量输出。所述数据采集卡通过PCI-E插槽与工控机相连。一种适用于无水肼发动机试验控制系统的在linux系统下的控制系统，包括：参数配置模块，用于配置试验启动通道、通道类型和采样频率；配置试验启用的数字输出端口；用于配置试验工况；用于配置试验各通道报警范围；数据采集模块，用于采集数据采集卡获得的压力、温度和流量数据；数据处理模块，用于计算并显示试验的指标参数；温度控制模块，用于根据工况内容控制数据采集卡数字量输出高电平或低电平；异常处理模块，用于在采集数据异常时进行紧急停止动作并报警。所述试验启动通道为数据采集卡模拟量的输入通道；所述通道类型包括压力通道、温度通道和流量通道；所述试验启用的数字输出端口为数据采集卡的数字输出端口。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.功能丰富，自动化程度高。本专利技术所述工控机集成控制系统具有输出控制、数据采集、数据显示、数据计算等功能，并预设多种启动模式，可适配现阶段无水肼发动机热试需求。本专利技术配有温度控制功能，可根据工况情况，自动启用发动机降温或加热设备。操作简单，整个热试流程极少需要手动干预。2.精度高、稳定可靠。点火控制工况误差在1ms内，并设有紧急停车模块，系统实时监测压力、温度等指标，异常时会自动关闭阀门中止试验，并报警提醒。3.强大的数据处理功能，本系统可自动识别工况，并计算现阶段所需所有性能指标。附图说明图1是本专利技术的硬件结构图；图2是本专利技术的无水肼工作罐示意图；图3是本专利技术的操作流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示为本专利技术的系统结构图。具体功能及连接关系为：工控机采用基于linux设计试验控制软件系统；数据采集卡通过PCI-E接口与工控机相连，用于试验数据采集和控制信号输出；数据采集设备包含压力传感器、温度传感器、流量计、真空计、信号调理模块，用于采集试验过程中产生的数据信息，压力传感器、温度传感器固定于发动机机身，并通过导线接入信号调理模块的输入端，流量计固定在工作罐与发动机原料输送管道中部，并通过导线接入信号调理模块输入端，真空计设置于发动机所在真空仓外壁，并接入信号调理模块的输入端，与真空仓集成，采集当前发动机所在真空仓的真空度；信号调理模块用于隔离调理信号，输入端接收各种采集信号，输出端接入数据采集卡模拟输入端口；温度控制设备包含加热设备和降温设备，加热设备包括缠绕于发动机机身的电阻丝和控制电阻丝的加热电路，通过加热电路控制电阻丝加热，对发动机进行加热，降温设备包括高压氮气源、气控台、控制降温电磁阀、吹气管道，吹气管道设置于发动机燃烧室2厘米处，管口正对燃烧室，通过高压氮气对发动机进行降温，控制降温电磁阀由数据采集卡控制开闭。点火控制设备包含点火控制电磁阀，点火控制电磁阀紧贴于发动机进料喷管，通过数据采集卡控制电磁阀开闭，进行点火控制。落压式液体推进系统用于通过高压氮气将原料通过原料输送通道输送给发动机，包括高压氮气源、气控台和工作罐，气控台一端与高压氮气源相连，另一端与工作罐顶端相连，工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无水肼发动机试验控制系统，包括发动机，其特征在于：落压式液体推进系统，用于通过高压氮气将原料通过原料输送通道输送给发动机；数据采集设备，用于采集发动机的数据信息，并将发动机的数据信息发送到数据采集卡；温度控制设备，用于根据接收的数据采集卡的发动机数据信息，控制对发动机进行加热或降温；点火控制设备，用于根据接收的数据采集卡的工控机控制命令，通过点火控制电磁阀的开闭控制发动机原料输送；数据采集卡，用于将数据采集设备发送的发动机的数据信息发送到工控机，并接收工控机的控制命令后发送到温度控制系统和点火控制设备；工控机，接收并根据当前发动机的数据信息对发动机状态进行监控，采集、分析、存储数据，输出点火控制指令和反馈控制命令。

【技术特征摘要】
1.一种无水肼发动机试验控制系统，包括发动机，其特征在于：落压式液体推进系统，用于通过高压氮气将原料通过原料输送通道输送给发动机；数据采集设备，用于采集发动机的数据信息，并将发动机的数据信息发送到数据采集卡；温度控制设备，用于根据接收的数据采集卡的发动机数据信息，控制对发动机进行加热或降温；点火控制设备，用于根据接收的数据采集卡的工控机控制命令，通过点火控制电磁阀的开闭控制发动机原料输送；数据采集卡，用于将数据采集设备发送的发动机的数据信息发送到工控机，并接收工控机的控制命令后发送到温度控制系统和点火控制设备；工控机，接收并根据当前发动机的数据信息对发动机状态进行监控，采集、分析、存储数据，输出点火控制指令和反馈控制命令。2.根据权利要求1所述的无水肼发动机试验控制系统，其特征在于：所述落压式液体推进系统包括高压氮气源、气控台和工作罐；气控台一端与高压氮气源相连，另一端与工作罐顶端相连，工作罐底端通过原料输送通道连接发动机。3.根据权利要求2所述的无水肼发动机试验控制系统，其特征在于：在所述原料输送通道靠近发动机一端设置点火控制电磁阀，控制原料输送通道的通断。4.根据权利要求2所述的无水肼发动机试验控制系统，其特征在于：所述高压氮气源采用高压气瓶；所述气控台由压力表和若干手阀组成；所述工作罐采用耐腐蚀钛合金。5.根据权利要求1所述的无水肼发动机试验控制系统，其特征在于：所述数据采集设备包括压力传感器、温度传感器、流量计、真空计和信号调理模块；压力传感器固定于发动机机身，并通过导线接入信号调理模块的输入端，采集当前发动机燃烧室的压力数据，发送到信号调理模块；压力传感器精度为0.1％FS，每次试验前用标定仪器标定传感器，真空计设置于发动机所在真空仓外壁，并接入信号调理模块的输入端，与真空仓集成，采集当前发动机所在真空仓的真空度，输出0-10v，发送到信号调理模块；温度传感器设置于发动机机身，并通过导线接入信号调理模块输入端，采集当前发动...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹艳辉，王晓东，李涛，王智刚，厉建新，刘加成，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21