一种固液动力探空火箭的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固液动力探空火箭的控制系统，由地面测试发射控制部分和箭载控制部分组成。本系统主要完成三项任务：一是实现箭载设备的地面供电转为箭载供电；二是完成固液动力探空火箭发射前的测试准备，实现发射控制以及安全控制等功能；三是对固液动力探空火箭进行变推力控制，并对其状态进行监控、采集和记录。本发明专利技术提出的一种固液动力飞行器控制系统，在火箭发射前，能够实现对箭载重要设备监控、点火测试以及紧急排险等功能；在火箭启动后，箭载控制部分依控制要求可实现推力调节控制；在飞行任务结束后，按照控制要求对液体推进剂主路、辅路通道阀门进行控制，以实现对通道内残余推进剂的清理。同时，在整个飞行过程中，箭载控制部分还将对反映固液火箭发动机工作状态的参量进行实时地数据采集、记录。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于控制系统领域，具体涉及一种固液动力探空火箭的控制系统。
技术介绍
固液动力探空火箭是一种新型的、采用固液火箭发动机作为动力装置的、具有推力可调、可重复启动等特点的飞行器。为使固液火箭发动机工作于最佳配比状态，并对影响、反应液体推进剂流量的箭载装置状态监控、采集和记录，并结合地面测试发射控制部分，实现发射前的各种状态监测、点火发射、解除发射等任务。这些都是固液动力探空火箭发展研究的重要方面。现有的飞行器或发动机的测试、发射、装置多是用于以液体或固体为动力的飞行器或发动机，专门用于以固液为动力的探空火箭的测发控系统极为稀少。在文献导弹与航天运载技术-2004-1 (34)《载人航天运载火箭地面测试发射控制系统》中虽然介绍了一种 测试发射控制系统，但其结构复杂，体积大，不易移动，不能适应野外机动发射的条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种固液动力探空火箭的控制系统。本专利技术考虑到固液动力探空火箭的特点，提出一种能够在火箭发射前实现对箭上设备进行测试、远程安全可靠点火、按时序开启相关阀门，并对反应固液发动机工作性能、液体推进剂流量的装置进行实时地状态监控、采集和记录的控制系统。这种控制系统将对固液动力探空火箭的进一步研制、改进、发展具有重要意义。一种固液动力探空火箭的控制系统，包括地面测试发射控制部分A和箭载控制部分B ；地面测试发射控制部分A包括地面测控计算机、远程手动控制盒和地面操控箱；其中，地面操控箱放置于发射架附近，远程手动控制盒和地面测控计算机位于安全距离以夕卜，对固液动力探空火箭进行远程监控；远程手动控制盒包括电源开关、程序使能开关、模式选择开关、箭载控制部分强制紧急断电开关、启动阀门输出紧急断电开关、点火器输出紧急断电开关、高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关以及贮箱液体泄放阀开关和远程手动控制盒输出接Π ；电源开关为远程手动控制盒的电源开关，还远程控制地面操控箱5供电；程序使能开关用于开启地面操控箱内的PLC控制程序运行；模式选择开关用于启动地面测控计算机与地面操控性之间通讯；箭载控制部分强制紧急断电开关用于切断箭载控制部分B的供电；阀门输出紧急断电开关用于切断启动阀门的供电；点火器输出紧急断电开关用于切断点火器的供电电源；高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关以及贮箱液体泄放阀开关分别对高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的状态进行控制；输出接口与地面操控箱的远程手动控制盒接口相连，实现远程手动控制盒与地面操控箱间的通讯，并且地面操控箱电源开关通过远程手动控制盒的电源开关控制；地面操控箱控制面板上电压表包括逻辑电源电压表、启动阀门电源电压表、点火器电源电压表、启动阀门输出接口电压表、点火器输出接口电压表、高压排气通路电压表、贮箱预增压通路电压表、贮箱泄压通路电压表、贮箱液体泄放通路电压表；上述电压表分别用于显示地面操控箱内电源电压、启动阀门电源电压、点火器电源电压、启动阀门输出接口电压、点火器输出接口电压、高压排气阀控制的排气通路电压、贮箱预增压阀控制的通路电压、贮箱泄压阀控制的通路电压和贮箱液体泄放阀控制的通路电压；地面操控箱控制面板上的开关量包括地面操控箱电源开关、逻辑电源开关、远程手动控制盒电源开关、点火器电源开关、启动阀门电源开关、点火器输出短路开关、启动阀门输出短路开关、高压排气阀短路开关、贮箱预增压阀短路开关、贮箱泄压阀短路开关、贮箱液体泄放阀短路开关，上述开关量分别用来实现对地面操控箱供电、逻辑电源、远程手动控制盒、点火器电源、启动阀门电源、点火器、启动阀门、高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的控制；地面操控箱控制面板上的状态指示量包括地面供电信号灯、转电信号灯、复位信号灯；当固液动力探空火箭的控制系统由地面交流220V供电时，地面供电信号灯亮；当地面测控计算机给出“转电控制信号”时，地面供电信号灯亮；当地面测控计算机给出“复位与紧急断电控制信号”时，复位信号灯亮；当固液动力探空火箭进入发射准备状态时，切断地面交流220V供电电源，则地面供电信号灯灭；地面操控箱上的对外接口包括通讯口、地面操控箱与远程手动控制盒接口、综合输出接口、箭载部分控制接口、点火器输出接口、启动阀门输出接口、交流电源接口 ；地面操控箱的通讯口与地面测控计算机的通讯口通过9芯标准D型串口连接，通讯线路本身具有232通讯协议转485通讯协议的功能，当远程手动控制盒的模式选择开关开启时，实现远距离地面测控计算机与地面操控箱的通讯与控制；地面操控箱与远程手动控制盒接口与远程手动控制盒的输出接口相连；闭合地面操控箱远程手动控制盒电源开关和远程手动控制盒的总开关，地面操控箱和远程手动控制盒就联系在一起；地面操控箱的启动阀门输出短路开关与远程手动控制盒的启动阀门输出紧急断电开关、地面操控箱的贮箱预增压阀短路开关与远程手动控制盒的贮箱预增压阀开关、地面操控箱的贮箱泄压阀短路开关与远程手动控制盒的贮箱泄压阀开关、地面操控箱的贮箱液体泄放阀短路开关与远程手动控制盒贮箱液体泄放阀开关一一对应，综合输出接口与箭上高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的供电两端通过14芯的航空插头相连，实现对阀门动作的控制；箭载部分控制接口与箭载控制部分B通过7芯的航空插头相连,实现与箭载控制部分B的供电控制；地面测控计算机发出的“转电控制信号”、“地面供电信号”、“复位与紧急断电信号”先传给地面操控箱，地面操控箱再将信号通过箭载部分控制接口传输至箭载控制部分B的单片机89C51中；当地面测控计算机发出“转电控制信号”时，箭载控制部分B的供电转换模块使得箭载控制部分B的供电由地面供电转换为箭载供电；点火器输出接口与箭上点火器通过5芯的航空插头相连；地面操控箱的点火器输出短路开关闭合或远程手动控制盒点火器输出紧急断电开关开启，两种状态只要具备其一，地面操控箱点火器输出接口就是短路的；当固液动力探空火箭发射前出现紧急情况时，远程手动控制盒的点火器输出紧急断电开关开启，远距离切断地面操控箱点火器输出接口与电的联系，使发动机的点火器不能点火；启动阀门输出接口与启动阀门通过4芯的航空插头相连；地面操控箱的启动阀门输出短路开关闭合或远程手动控制盒启动阀门输出紧急断电开关开启，两种状态只要具备其一，地面操控箱启动阀门输出接口就是短路的；同时，探空火箭发射出现紧急情况时，远程手动控制盒的启动阀门输出紧急断电开关开启，远距离切断地面操控箱的启动阀门输出接口与电的联系，使探空火箭启动阀门不能开启；交流电源接口与交流220V电源相连；当地面操控箱电源开关开启时，交流220V电源将为地面操控箱、箭载控制部分B供电；此时，闭合逻辑电源开关，则逻辑电源电压表显示逻辑电源输出电压24V ；闭合启动阀门电源开关，则启动阀门电源电压表显示启动阀门电源输出电压28V ;闭合点火器电源开关,则点火器电源电压表显不点火器电源电压24V ；箭载控制部分B包括箭载控制电路和箭载数据采集电路；箭载控制电路包括供电转换模块、单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块、单片机复位和存储模块等；其中，单片机的型号为89C51 ；供电转换模块与地面操控箱的箭载部分控制接口相连，用于实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固液动力探空火箭的控制系统，包括地面测试发射控制部分A和箭载控制部分B；地面测试发射控制部分A包括地面测控计算机、远程手动控制盒和地面操控箱；其中，地面操控箱放置于发射架附近，远程手动控制盒和地面测控计算机位于安全距离以外，对固液动力探空火箭进行远程监控；远程手动控制盒包括电源开关、程序使能开关、模式选择开关、箭载控制部分强制紧急断电开关、启动阀门输出紧急断电开关、点火器输出紧急断电开关、高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关以及贮箱液体泄放阀开关和远程手动控制盒输出接口；电源开关为远程手动控制盒的电源开关，还远程控制地面操控箱5供电；程序使能开关用于开启地面操控箱内的PLC控制程序运行；模式选择开关用于启动地面测控计算机与地面操控性之间通讯；箭载控制部分强制紧急断电开关用于切断箭载控制部分B的供电；阀门输出紧急断电开关用于切断启动阀门的供电；点火器输出紧急断电开关用于切断点火器的供电电源；高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关以及贮箱液体泄放阀开关分别对高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的状态进行控制；输出接口与地面操控箱的远程手动控制盒接口相连，实现远程手动控制盒与地面操控箱间的通讯，并且地面操控箱电源开关通过远程手动控制盒的电源开关控制；地面操控箱控制面板上电压表包括逻辑电源电压表、启动阀门电源电压表、点火器电源电压表、启动阀门输出接口电压表、点火器输出接口电压表、高压排气通路电压表、贮箱预增压通路电压表、贮箱泄压通路电压表、贮箱液体泄放通路电压表；上述电压表分别用于显示地面操控箱内电源电压、启动阀门电源电压、点火器电源电压、启动阀门输出接口电压、点火器输出接口电压、高压排气阀控制的排气通路电压、贮箱预增压阀控制的通路电压、贮箱泄压阀控制的通路电压和贮箱液体泄放阀控制的通路电压；地面操控箱控制面板上的开关量包括地面操控箱电源开关、逻辑电源开关、远程手动控制盒电源开关、点火器电源开关、启动阀门电源开关、点火器输出短路开关、启动阀门输出短路开关、高压排气阀短路开关、贮箱预增压阀短路开关、贮箱泄压阀短路开关、贮箱液体泄放阀短路开关，上述开关量分别用来实现对地面操控箱供电、逻辑电源、远程手动控制盒、 点火器电源、启动阀门电源、点火器、启动阀门、高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的控制；地面操控箱控制面板上的状态指示量包括地面供电信号灯、转电信号灯、复位信号灯；当固液动力探空火箭的控制系统由地面交流220V供电时，地面供电信号灯亮；当地面测控计算机给出“转电控制信号”时，地面供电信号灯亮；当地面测控计算机给出“复位与紧急断电控制信号”时，复位信号灯亮；当固液动力探空火箭进入发射准备状态时，切断地面交流220V供电电源，则地面供电信号灯灭；地面操控箱上的对外接口包括通讯口、地面操控箱与远程手动控制盒接口、综合输出接口、箭载部分控制接口、点火器输出接口、启动阀门输出接口、交流电源接口；地面操控箱的通讯口与地面测控计算机的通讯口通过9芯标准D型串口连接，通讯线路本身具有232通讯协议转485通讯协议的功能，当远程手动控制盒的模式选择开关开启时，实现远距离地面测控计算机与地面操控箱的通讯与控制；地面操控箱与远程手动控制盒接口与远程手动控制盒的输出接口相连；闭合地面操控箱远程手动控制盒电源开关和远程手动控制盒的总开关，地面操控箱和远程手动控制盒就联系在一起；地面操控箱的启动阀门输出短路开关与远程手动控制盒的启动阀门输出紧急断电开关、地面操控箱的贮箱预增压阀短路开关与远程手动控制盒的贮箱预增压阀开关、地面操控箱的贮箱泄压阀短路开关与远程手动控制盒的贮箱泄压阀开关、地面操控箱的贮箱液体泄放阀短路开关与远程手动控制盒贮箱液体泄放阀开关一一对应，综合输出接口与箭上高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的供电两端通过14芯的航空插头相连，实现对阀门动作的控制；箭载部分控制接口与箭载控制部分B通过7芯的航空插头相连，实现与箭载控制部分B的供电控制；地面测控计算机发出的“转电控制信号”、“地面供电信号”、“复位与紧急断电信号”先传给地面操控箱，地面操控箱再将信号通过箭载部分控制接口传输至箭载控制部分B的单片机89C51中；当地面测控计算机发出“转电控制信号”时，箭载控制部分B的供电转换模块使得箭载控制部分B的供电由地面供电转换为箭载供电；点火器输出接口与箭上点火器通过5芯的航空插头相连；地面操控箱的点火器输出短路开关闭合或远程手动控制盒点火器输出紧急断电开关开启，两种状态只要具备...

【技术特征摘要】
1.一种固液动力探空火箭的控制系统，包括地面测试发射控制部分A和箭载控制部分B ；地面测试发射控制部分A包括地面测控计算机、远程手动控制盒和地面操控箱；其中， 地面操控箱放置于发射架附近，远程手动控制盒和地面测控计算机位于安全距离以外，对固液动力探空火箭进行远程监控；远程手动控制盒包括电源开关、程序使能开关、模式选择开关、箭载控制部分强制紧急断电开关、启动阀门输出紧急断电开关、点火器输出紧急断电开关、高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关以及贮箱液体泄放阀开关和远程手动控制盒输出接口 ；电源开关为远程手动控制盒的电源开关，还远程控制地面操控箱5供电；程序使能开关用于开启地面操控箱内的PLC控制程序运行；模式选择开关用于启动地面测控计算机与地面操控性之间通讯；箭载控制部分强制紧急断电开关用于切断箭载控制部分B的供电； 阀门输出紧急断电开关用于切断启动阀门的供电；点火器输出紧急断电开关用于切断点火器的供电电源；高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关以及贮箱液体泄放阀开关分别对高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的状态进行控制；输出接口与地面操控箱的远程手动控制盒接口相连，实现远程手动控制盒与地面操控箱间的通讯，并且地面操控箱电源开关通过远程手动控制盒的电源开关控制；地面操控箱控制面板上电压表包括逻辑电源电压表、启动阀门电源电压表、点火器电源电压表、启动阀门输出接口电压表、点火器输出接口电压表、高压排气通路电压表、贮箱预增压通路电压表、贮箱泄压通路电压表、贮箱液体泄放通路电压表；上述电压表分别用于显示地面操控箱内电源电压、启动阀门电源电压、点火器电源电压、启动阀门输出接口电压、点火器输出接口电压、高压排气阀控制的排气通路电压、贮箱预增压阀控制的通路电压、贮箱泄压阀控制的通路电压和贮箱液体泄放阀控制的通路电压；地面操控箱控制面板上的开关量包括地面操控箱电源开关、逻辑电源开关、远程手动控制盒电源开关、点火器电源开关、启动阀门电源开关、点火器输出短路开关、启动阀门输出短路开关、高压排气阀短路开关、贮箱预增压阀短路开关、贮箱泄压阀短路开关、贮箱液体泄放阀短路开关，上述开关量分别用来实现对地面操控箱供电、逻辑电源、远程手动控制盒、点火器电源、启动阀门电源、点火器、启动阀门、高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的控制；地面操控箱控制面板上的状态指示量包括地面供电信号灯、转电信号灯、复位信号灯； 当固液动力探空火箭的控制系统由地面交流220V供电时，地面供电信号灯亮；当地面测控计算机给出“转电控制信号”时，地面供电信号灯亮；当地面测控计算机给出“复位与紧急断电控制信号”时，复位信号灯亮；当固液动力探空火箭进入发射准备状态时，切断地面交流 220V供电电源，则地面供电信号灯灭；地面操控箱上的对外接口包括通讯口、地面操控箱与远程手动控制盒接口、综合输出接口、箭载部分控制接口、点火器输出接口、启动阀门输出接口、交流电源接口 ；地面操控箱的通讯口与地面测控计算机的通讯口通过9芯标准D型串口连接，通讯线路本身具有232通讯协议转485通讯协议的功能，当远程手动控制盒的模式选择开关开启时，实现远距离地面测控计算机与地面操控箱的通讯与控制；地面操控箱与远程手动控制盒接口与远程手动控制盒的输出接口相连；闭合地面操控箱远程手动控制盒电源开关和远程手动控制盒的总开关，地面操控箱和远程手动控制盒就联系在一起；地面操控箱的启动阀门输出短路开关与远程手动控制盒的启动阀门输出紧急断电开关、地面操控箱的贮箱预增压阀短路开关与远程手动控制盒的贮箱预增压阀开关、 地面操控箱的贮箱泄压阀短路开关与远程手动控制盒的贮箱泄压阀开关、地面操控箱的贮箱液体泄放阀短路开关与远程手动控制盒贮箱液体泄放阀开关一一对应，综合输出接口与箭上高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀的供电两端通过14芯的航空插头相连，实现对阀门动作的控制；箭载部分控制接口与箭载控制部分B通过7芯的航空插头相连,实现与箭载控制部分 B的供电控制；地面测控计算机发出的“转电控制信号”、“地面供电信号”、“复位与紧急断电信号”先传给地面操控箱，地面操控箱再将信号通过箭载部分控制接口传输至箭载控制部分B的单片机89C51中；当地面测控计算机发出“转电控制信号”时，箭载控制部分B的供电转换模块使得箭载控制部分B的供电由地面供电转换为箭载供电；点火器输出接口与箭上点火器通过5芯的航空插头相连；地面操控箱的点火器输出短路开关闭合或远程手动控制盒点火器输出紧急断电开关开启，两种状态只要具备其一，地面操控箱点火器输出接口就是短路的；当固液动力探空火箭发射前出现紧急情况时，远程手动控制盒的点火器输出紧急断电开关开启，远距离切断地面操控箱点火器输出接口与电的联系，使发动机的点火器不能点火；启动阀门输出接口与启动阀门通过4芯的航空插头相连；地面操控箱的启动阀门输出短路开关闭合或远程手动控制盒启动阀门输出紧急断电开关开启，两种状态只要具备其一，地面操控箱启动阀门输出接口就是短路的；同时，探空火箭发射出现紧急情况时，远程手动控制盒的启动阀门输出紧急断电开关开启，远距离切断地面操控箱的启动阀门输出接口与电的联系，使探空火箭启动阀门不能开启；交流电源接口与交流220V电源相连；当地面操控箱电源开关开启时，交流220V电源将为地面操控箱、箭载控制部分B供电；此时，闭合逻辑电源开关，则逻辑电源电压表显示逻辑电源输出电压24V ；闭合启动阀门电源开关，则启动阀门电源电压表显示启动阀门电源输出电压28V ;闭合点火器电源开关,则点火器电源电压表显不点火器电源电压24V ； 箭载控制部分B包括箭载控制电路和箭载数据采集电路；箭载控制电路包括供电转换模块、单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块、单片机复位和存储模块等；其中，单片机的型号为89C51 ；供电转换模块与地面操控箱的箭载部分控制接口相连，用于实现箭载监控系统的供电电源由地面供电转换为箭载供电；当固液动力探空火箭进行地面测试时，箭载控制部分B 所需的电源由地面操控箱提供；当固液动力探空火箭准备发射前，地面测控计算机发出“转电控制信号”，驱动箭载控制电路的供电转换模块；当断开地面操控箱的供电时，箭载电池单独为箭载控制部分B供电；单片机控制阀门动作模块和控制阀门电压的反馈模块均与连接增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的供电正负端相连；通过单片机控制阀门动作模块对液体推进剂的增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的状态进行控制，单片机控制阀门动作模块按照控制要求输出三路控制信号，三路控制信号经过3-8译码器后，再由达林顿管分别驱动控制增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门的三个继电器的常闭触点断开、常开触点吸合，进而使得三个阀门按控制时序要求动作；控制阀门电压的反馈模块实现对三个阀门供电电压信号进行分压、隔离的处理，经处理后的信号反馈给单片机控制阀门动作模块，如果单片机控制阀门动作模块没有监测到符合设计要求的阀门电压值信号，则重新发出触发信号，重新驱动阀门动作，直至成功监测到符合设计要求的阀门电压值；单片机控制阀门动作模块记录的阀门电压值以及阀门动作时刻值等数据均存储在单片机复位和存储模块中；单片机复位和存储模块与STM32微控制器模块相连，可在箭载控制部分B上电、掉电或者出现异常情况时，产生一个复位信号，使得单片机89C51和箭载数据采集电路的STM32微控制器复位；单片机控制阀门动作模块进行延时控制所需的数据，存储在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，蔡国飙，辛洁，陈辰，王鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：