一种固液动力探空火箭箭载监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固液动力探空火箭箭载监控系统，由箭载推力调节控制器和箭载数据监控器组成，两部分控制器均由多个监控、测试模块构成。箭载监控系统主要完成四项任务：一是实现箭载监控系统的供电由地面供电转为箭载供电；二是依据推力调节控制的要求，完成相关阀门动作的控制；三是对箭载设备工作状态进行监控记录；四是实现箭载设备的复位控制。本发明专利技术提出的一种固液动力探空火箭箭载监控系统实现了火箭飞行过程中按控制要求对液体推进剂增压阀门、主路以及辅路通道阀门进行控制，完成推力调节功能，并保证了输送系统的安全；数据监测结果能够有效地反映固液火箭发动机的实时工作状态。

【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箭载监控系统。
技术介绍
固液动力探空火箭是一种采用固液火箭发动机作为动力装置的、推力可调、可重复启动的新型飞行器。相较于固体和液体火箭发动机，固液火箭发动机的整个燃烧过程更容易控制，但也有着氧化剂和燃料的配比变化更难稳定的难题。配比对于固液火箭发动机的燃烧效率、比冲等固液火箭发动机工作性能有着重要影响。目前，针对固液动力探空火箭实际推力的调节、监控和流量调节监控、采集记录的研究十分匮乏。为使固液火箭发动机工作在最佳配比，需要对箭上推进剂流量控制相关阀门进行状态监测和控制。因此，固液动力探空火箭箭载监控系统对于固液动力探空火箭的进一步设计和研究具有着重要意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种固液动力探空火箭的箭载监控系统。该系统由箭载推力调节控制器和箭载数据监控器组成。一种固液动力探空火箭的箭载监控系统，包括箭载推力调节控制器、箭载供电系统、箭载数据监控器、箭上X轴加速度计、箭上I轴加速度计、箭上Z轴加速度计、忙箱压力传感器、气瓶压力传感器、增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门；箭载推力调节控制器包括供电转换模块、单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块和单片机复位和存储模块；箭载推力调节控制器的供电转换模块与箭载供电系统连接，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，地面电源给箭载监控系统提供电源；当火箭进入发射前准备状态时，地面控制系统发出“转电控制信号”，供电转换模块接收到此信号后驱动其内部的继电器，使得地面电源和箭载供电系统共同供电；断开地面电源后，箭载供电系统单独为箭载监控提供电源；增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的供电正负端均接入单片机控制阀门动作模块，同时，他们的正负端也接入控制阀门电压的反馈模块；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；在箭载监控系统出现异常，单片机复位和存储模块产生一个复位信号，使得箭载推力调节控制器和STM32微控制器复位；箭载数据监控器包括数字电路板和模拟电路板，数字电路板直插于模拟电路板上，两块电路板间通过双列矩形针式连接器连接；模拟电路板上的模块包括总供电模块、调压模块、加速度计输出转换模块、电磁阀开关量转化模块、压力传感器输出信号的调理模块以及滤波模块；箭载数据监控器的总供电模块与箭载供电系统相连；当箭载推力调节控制器的供电转换模块接收到地面控制系统发出的“转电控制信号”，并成功实现由地面供电转为箭载供电时，箭载供电系统将为箭载数据监控器供电；箭载数据监控器的调压模块内包含电平转换芯片，将箭载供电系统提供的电压进行转换、分配，为箭载数据监控器上的其他模块以及液体推进剂的贮箱压力传感器、气瓶压力传感器增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门提供有效的供电电压；加速度计输出转换模块接收箭上X轴加速度计、箭上Y轴加速度计、箭上Z轴加速度计分别输出的X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度信号，将加速度计的输出为集中于+2. 5V的±4V的差分输出转换为集中于O. OV的单端输出，转换后的信号输入至数字电路板的数据采集模块；液体推进剂的增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门三个阀门的供电正负端接入箭载数据监控器的电磁阀开关量转化模块；电磁阀开关量转化模块根据增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门两端的电压，将电磁阀通电情况转换为“O”表示关闭、“I”表示开启的数字量，数字量输出至滤波模块，滤波模块对数字量信号进行滤波处理，然后输出至数字电路板的STM32微控制器模块内的flash缓存中；压力传感器输出信号的调理模块接收贮箱压力传感器、气瓶压力传感器分别输出的贮箱压力值、气瓶压力值，压力传感器的输出均为Γ20πιΑ的电流信号；将贮箱压力传感 器、气瓶压力传感器的输出信号接入调理模块，以将电流信号调整为适宜STM32微控制器采集的电压信号；经调理后的信号输出至数字电路板的STM32微控制器模块，STM32微控制器模块内部的AD转换模块将调理后的模拟信号转换为数字信号，并将得到的数字信号缓存在其flash缓存中；数字电路板上的模块包括数据采集、数据存储模块、数据传输电路、数字电路板供电模块以及STM32微控制器模块；数据采集模块用于接收加速度计输出转换模块调理后的加速度计信号，以将模拟信号转换为数字信号；同时，数据采集模块的输出还直接与STM32微控制器的I/O引脚直接相连，使得转换后的数字信号直接输入至STM32微控制器模块内的flash缓存中；数字电路板供电模块与模拟电路板的总供电模块相连，其内包括电平转换芯片，对从总供电模块得到的电压进行电平转换、分配，为数字电路板上的各个用电模块；在固液动力探空火箭进行地面测试时，STM32微控制器模块内的flash缓存中的缓存数据包括对箭上X轴加速度计、箭上Y轴加速度计、箭上Z轴加速度计、贮箱压力传感器、气瓶压力传感器、增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门输出信号进行采集处理后的信号；实时信号合成一个数组，按控制时序要求传输到数据存储模块中； 贮箱压力传感器用于测量液体推进剂贮箱的压力，由模拟电路板的总供电模块对其供电，将贮箱压力值传输出至箭载数据监控器中的压力传感器输出信号的调理模块；气瓶压力传感器用于测量高压挤压气体气瓶的压力，由模拟电路板的总供电模块对其供电，将气瓶压力值传输出至箭载数据监控器中的压力传感器输出信号的调理模块；增压阀门用于控制固液动力探空火箭的液体推进剂贮箱压力，由模拟电路板的总供电模块对其供电；当仅有增压阀门开启时，液体推进剂贮箱压力增加；当只有其闭合时，液体推进剂贮箱压力停止增加；增压阀门的供电正负两端还需接入模拟电路板的电磁阀开关量转化模块和箭载推力调节控制器的单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块；辅路吹除阀门用于控制固液探空火箭推进剂的辅路供给系统内的推进剂，由模拟电路板的总供电模块对其供电；当其开启时，辅路供给系统内残余的推进剂会被吹除出固液发动机；辅路吹除阀门的供电正负两端还需接入模拟电路板的电磁阀开关量转化模块和箭载推力调节控制器的单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块；主路吹除阀门用于控制固液探空火箭推进剂的主路供给系统内的推进剂，由模拟电路板的总供电模块对其供电；当其开启时，辅路供给系统内残余的推进剂会被吹除出固液发动机；主路吹除阀门的供电正负两端还需接入模拟电路板的电磁阀开关量转化模块和箭载推力调节控制器的单片机控制阀门动作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固液动力探空火箭的箭载监控系统，包括箭载推力调节控制器、箭载供电系统、箭载数据监控器、箭上x轴加速度计、箭上y轴加速度计、箭上z轴加速度计、贮箱压力传感器、气瓶压力传感器、增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门；箭载推力调节控制器包括供电转换模块、单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块和单片机复位和存储模块；箭载推力调节控制器的供电转换模块与箭载供电系统连接，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，地面电源给箭载监控系统提供电源；当火箭进入发射前准备状态时，地面控制系统发出“转电控制信号”，供电转换模块接收到此信号后驱动其内部的继电器，使得地面电源和箭载供电系统共同供电；断开地面电源后，箭载供电系统单独为箭载监控提供电源；增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的供电正负端均接入单片机控制阀门动作模块，同时，他们的正负端也接入控制阀门电压的反馈模块；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；在箭载监控系统出现异常，单片机复位和存储模块产生一个复位信号，使得箭载推力调节控制器和STM32微控制器复位；箭载数据监控器包括数字电路板和模拟电路板，数字电路板直插于模拟电路板上，两块电路板间通过双列矩形针式连接器连接；模拟电路板上的模块包括总供电模块、调压模块、加速度计输出转换模块、电磁阀开关 量转化模块、压力传感器输出信号的调理模块以及滤波模块；箭载数据监控器的总供电模块与箭载供电系统相连；当箭载推力调节控制器的供电转换模块接收到地面控制系统发出的“转电控制信号”，并成功实现由地面供电转为箭载供电时，箭载供电系统将为箭载数据监控器供电；箭载数据监控器的调压模块内包含电平转换芯片，将箭载供电系统提供的电压进行转换、分配，为箭载数据监控器上的其他模块以及液体推进剂的贮箱压力传感器、气瓶压力传感器增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门提供有效的供电电压；加速度计输出转换模块接收箭上X轴加速度计、箭上Y轴加速度计、箭上Z轴加速度计分别输出的X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度信号，将加速度计的输出为集中于+2.5V的±4V的差分输出转换为集中于0.0V的单端输出，转换后的信号输入至数字电路板的数据采集模块；液体推进剂的增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门三个阀门的供电正负端接入箭载数据监控器的电磁阀开关量转化模块；电磁阀开关量转化模块根据增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门两端的电压，将电磁阀通电情况转换为“0”表示关闭、“1”表示开启的数字量，数字量输出至滤波模块，滤波模块对数字量信号进行滤波处理，然后输出至数字电路板的STM32微控制器模块内的flash缓存中；压力传感器输出信号的调理模块接收贮箱压力传感器、气瓶压力传感器分别输出的贮箱压力值、气瓶压力值，压力传感器的输出均为4~20mA的电流信号；将贮箱压力传感器、气瓶压力传感器的输出信号接入调理模块，以将电流信号调整为适宜STM32微控制器采集的电压信号；经调理后的信号输出至数字电路板的STM32微控制器模块，STM32微控制器模块内部的AD转换模块将调理后的模拟信号转换为数字信号，并将得到的数字信号缓存在其flash缓存中；数字电路板上的模块包括数据采集、数据存储模块、数据传输电路、数字电路板供电模块以及STM32微控制器模块；数据采集模块用于接收加速度计输出转换模块调理后的加速度计信号，以将模拟信号转换为数字信号；同时，数据采集模块的输出还直接与STM32微控制器的I/O引脚直接相连，使得转换后的数字信号直接输入至STM32微控制器模块内的flash缓存中；数字电路板供电模块与模拟电路板的总供电模块相连，其内包括电平转换芯片，对从总供电模块得到的电压进行电平转换、分配，为数字电路板上的各个用电模块；在固液动力探空火箭...

【技术特征摘要】
1.一种固液动力探空火箭的箭载监控系统，包括箭载推力调节控制器、箭载供电系统、 箭载数据监控器、箭上X轴加速度计、箭上I轴加速度计、箭上Z轴加速度计、忙箱压力传感器、气瓶压力传感器、增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门；箭载推力调节控制器包括供电转换模块、单片机控制阀门动作模块、控制阀门电压的反馈模块和单片机复位和存储模块；箭载推力调节控制器的供电转换模块与箭载供电系统连接，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，地面电源给箭载监控系统提供电源；当火箭进入发射前准备状态时，地面控制系统发出“转电控制信号”，供电转换模块接收到此信号后驱动其内部的继电器，使得地面电源和箭载供电系统共同供电；断开地面电源后，箭载供电系统单独为箭载监控提供电源；增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的供电正负端均接入单片机控制阀门动作模块，同时，他们的正负端也接入控制阀门电压的反馈模块；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；在箭载监控系统出现异常，单片机复位和存储模块产生一个复位信号，使得箭载推力调节控制器和STM32微控制器复位；箭载数据监控器包括数字电路板和模拟电路板，数字电路板直插于模拟电路板上，两块电路板间通过双列矩形针式连接器连接；模拟电路板上的模块包括总供电模块、调压模块、加速度计输出转换模块、电磁阀开关量转化模块、压力传感器输出信号的调理模块以及滤波模块；箭载数据监控器的总供电模块与箭载供电系统相连；当箭载推力调节控制器的供电转换模块接收到地面控制系统发出的“转电控制信号”，并成功实现由地面供电转为箭载供电时，箭载供电系统将为箭载数据监控器供电；箭载数据监控器的调压模块内包含电平转换芯片，将箭载供电系统提供的电压进行转换、分配，为箭载数据监控器上的其他模块以及液体推进剂的贮箱压力传感器、气瓶压力传感器增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门提供有效的供电电压；加速度计输出转换模块接收箭上X轴加速度计、箭上Y轴加速度计、箭上Z轴加速度计分别输出的X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度信号，将加速度计的输出为集中于+2. 5V的 ±4V的差分输出转换为集中于O. OV的单端输出，转换后的信号输入至数字电路板的数据采集模块；液体推进剂的增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门三个阀门的供电正负端接入箭载数据监控器的电磁阀开关量转化模块；电磁阀开关量转化模块根据增压阀门、辅路吹除阀门、主路吹除阀门两端的电压，将电磁阀通电情况转换为“O”表示关闭、“I”表示开启的数字量，数字量输出至滤波模块，滤波模块对数字量信号进行滤波处理，然后输出至数字电路板的STM32微控制器模块内的flash缓存中；压力传感器输出信号的调理模块接收贮箱压力传感器、气瓶压力传感器分别输出的贮箱压力值、气瓶压力值，压力传感器的输...

【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：