CN108170900B - 航天器火工引爆链路仿真的方法及仿真验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天器火工引爆链路仿真的方法，包括以下步骤：(a)通过所述源数据导入模块导入所述源数据；(b)通过所述引爆电流仿真和复核验证模块，执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核；(c)通过所述单综阻仿真模块，执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算；(d)通过所述测试细则和仿真报告生成模块，输出所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告。根据本发明的航天器火工引爆链路仿真的方法减少了人工干预，提升效率，降低出错率。

Description

航天器火工引爆链路仿真的方法及仿真验证系统

技术领域

本发明涉及一种航天器火工引爆链路仿真的方法及实施该方法的航天器火工引爆链路仿真验证系统。

背景技术

载人航天器安装了多种火工装置，通过引爆火工装置，用于实现帆板展开、机构解锁、舱段分离、阀门打开等功能。火工链路设计就是通过设计火工引爆控制电路，接入火工电源，对火工装置电起爆器实施统一安全可靠的引爆。

由于火工引爆控制功能不能在综合测试中进行真实测试验证，因此要分解成为多个测试项目共同保证测试覆盖。综合测试加电测试，验证指令执行、遥测功能及设备内部供电通路是否正常；火工链路引爆电流仿真计算，验证引爆控制通路设计及火工装置电源引爆能力是否符合要求；火工链路单综阻测试，验证火工装置安装后电起爆器状态及整个供电通路是否正常。因此有必要开展载人航天器火工链路引爆电流和单综阻理论值仿真计算工作，空间站阶段各型号面临高密度研制和发射的任务挑战，为保证火工装置在轨可靠成功引爆，必须提出一种计算速度快、计算结果准的火工引爆线路仿真验证系统。

现有技术中，国内用于卫星(飞船)的火工链路仿真计算已采用了EXCEL计算、电路仿真软件等，在应用中也表现出许多不足，主要有以下几个方面：

引爆电流计算：未考虑存在同组引爆关系时，各路火工控制装置至火工品电起爆器之间电缆阻值不同对火工装置电源到火工控制装置之间的电缆等效阻值造成的偏差影响；

单阻仿真和综阻仿真：需要将测试箱阻值、地面电缆阻值、航天器通用电缆阻值、火工桥丝阻值等逐一录入仿真软件；逐一按下测量通路测试按钮，计算每路阻值；需要投入大量的人力，占用设计人员大量的有效工作时间，工作重复容易出现错误；

引爆电流复核：在单机产品和电缆网设计阶段根据火工装置电起爆器阻值、火工控制装置内限流电阻阻值以及电缆线路阻值理论值开展了火工引爆电流的仿真；但在单机产品和电缆网投产后未根据各阻值的实测值进行火工引爆电流的复核，可能出现火工引爆链路理论计算满足要求，但产品生产中出现电缆、火工桥丝阻值偏差造成火工引爆链路实现不满足实际工作要求的情况。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种航天器火工引爆链路仿真验证系统及其执行航天器火工引爆链路仿真验证的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种航天器火工引爆链路仿真验证系统，包括：

源数据导入模块，用于导入源数据；

引爆电流仿真和复核验证模块，用于根据所述源数据执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核；

单综阻仿真模块，用于根据所述源数据执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算；

测试细则和仿真报告生成模块，用于输出所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告。

根据本发明的一个方面，所述源数据包括火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、单综适配关系数据包、航天器火工装置输入端专用电缆阻值数据包、地面测试电缆阻值数据包、火工测试装置阻值数据包、电池电缆阻值数据包和火工引爆电流参数数据包。

为实现上述目的，本发明提供一种利用航天器火工引爆链路仿真验证系统执行航天器火工引爆链路仿真验证的方法，包括以下步骤：

(a)通过所述源数据导入模块导入所述源数据；

(b)通过所述引爆电流仿真和复核验证模块，执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核；

(c)通过所述单综阻仿真模块，执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算；

(d)通过所述测试细则和仿真报告生成模块，输出所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告。

根据本发明的一个方面，所述源数据导入模块向所述引爆电流仿真和复核验证模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、电池电缆阻值数据包和火工引爆电流参数数据包，以完成火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核操作。

根据本发明的一个方面，所述源数据导入模块向所述单综阻仿真模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、地面测试电缆阻值数据包和火工测试装置阻值数据包，以完成单阻仿真操作。

根据本发明的一个方面，所述源数据导入模块向所述单综阻仿真模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、单综适配关系数据包、航天器火工装置输入端专用电缆阻值数据包、地面测试电缆阻值数据包和火工测试装置阻值数据包，以完成综阻仿真操作。

根据本发明的一个方面，所述引爆电流仿真和复核验证模块中建立的火工引爆链路数学模型包括单点火头双引出点或者单点火头单引出点以及双点火头单引出点。

根据本发明的一个方面，所述单综阻仿真模块中建立的单综阻链路数学模型包括单点火头双引出点或单点火头单引出点单阻测试链路、双点火头单引出点单阻测试链路、单点火头双引出点或单点火头单引出点综阻测试链路和双点火头单引出点综阻测试链路。

根据本发明的一个方面，所述测试细则和仿真报告生成模块基于产品代号、点火器类型的唯一性将通过所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块得到的单综阻测试理论值数据、引爆电流最大和最小值仿真数据填入测试细则和仿真报告中。

根据本发明的航天器火工引爆链路仿真验证系统及其执行航天器火工引爆链路的仿真方法所取得的有益效果为：

(1)实现了火工链路单阻计算、综阻计算，引爆电流计算、引爆电流复核所需数据的模板化定制、采取配置文件的方式替代原有的数据手工输入输出：实现数据源的统一导入，实现了单综阻测试细则、引爆电流计算和复核报告的一键输出，减少了人工干预，提升效率，降低出错率；

(2)建立了供电电源到火工装置的全链路数学模型、采取全新的仿真手段、使用软件一键运行的方式替代原有的手工接通断开每个仿真回路：引爆电路计算模型充分考虑线缆长度误差、环境温度、各类器件与温度关系等因素，采取了精准计算公式、增加了引爆电流复核环节,提高了工作结果精度；火工单综阻测试链路数学模型基于载人航天器各型号所用测试盒、火工点火头类型、单综阻测试链路复杂电路网络连接关系，根据电阻串并联、△-Y变换公式进行电路等效简化，最终提炼出基于点火头类型的每路火工装置仿真计算的数学公式，实现了单综阻自动运算，解决了以往无法开展并行运算的问题，实现了各型号计算方法的统一；

(3)实现了火工链路单阻计算、综阻计算，引爆电流计算、引爆电流复核的一体化设计、覆盖火工链路设计验证全过程：在设计初期通过引爆电流计算验证链路设计的合理性，产品实现阶段通过引爆电流复核验证链路实现的正确性，测试阶段通过单阻、综阻计算验证链路工作的正确性，通过一体化设计确保了引爆控制通路设计及火工装置电源引爆能力符合要求；

(4)仿真验证方式充分考虑了航天器领域的点火器类型、使用常用的EXCEL表格作为仿真源数据配置文件、测试细则和仿真报告的载体，可操作性好、系统更加灵活、扩展性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示根据本发明的执行航天器火工引爆链路仿真的方法流程图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的源数据导入界面；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的2种点火头根据电阻串并联数据公式建立链路模型；

图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的单点火头双引出点/单点火头单引出点的火工引爆链路数学模型；

图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的双点火头单引出点的火工引爆链路数学模型；

图6示意性表示根据本发明的一种实施方式的火工引爆链路电流仿真界面；

图7示意性表示根据本发明的一种实施方式的火工引爆链路电流复核计算界面；

图8示意性表示根据本发明的一种实施方式的单点火头双引出点或单点火头单引出点单阻测试链路；

图9示意性表示根据本发明的一种实施方式的双点火头单引出点单阻测试链路；

图10示意性表示根据本发明的一种实施方式的单点火头双引出点或单点火头单引出点综阻测试链路；

图11示意性表示根据本发明的一种实施方式的双点火头单引出点综阻测试链路；

图12示意性表示根据本发明的一种实施方式的火工引爆链路单阻仿真界面；

图13示意性表示根据本发明的一种实施方式的火工引爆链路综阻仿真界面；

图14示意性表示根据本发明的一种实施方式的测试报告生成界面；

图15示意性表示根据本发明的一种实施方式的仿真报告生成界面。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，附图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

根据本发明的航天器火工引爆链路仿真验证系统包括源数据导入模块、引爆电流仿真和复核验证模块、单综阻仿真模块以及测试细则和仿真报告生成模块。在本发明中，源数据导入模块用于向系统中导入源数据。根据本发明的一种实施方式，源数据导入模块将引爆电流仿真计算、引爆电流复核、单阻仿真和综阻仿真所需的数据统一考虑，将所需要的所有源数据制定统一的模板，然后实现所有源数据的自动读取导入功能。

引爆电流仿真和复核验证模块用于根据相应的导入的源数据执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核。根据本发明的一种实施方式，引爆电流仿真和复核验证模块考虑了存在同组引爆关系时，各路火工控制装置至火工品电起爆器之间电缆阻值不同对火工装置电源到火工控制装置之间的电缆等效阻值造成的偏差影响，实现了引爆电流仿真和复核的精确计算。

单综阻仿真模块用于根据相应的源数据执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算。根据本发明的一种实施方式，单综阻仿真模块基于点火头类型实现了单综阻仿真的并行仿真，无需仿真一路按下一路测试按钮，启动仿真后无需人为干预可完成全部仿真工作。

测试细则和仿真报告生成模块用于输出引爆电流仿真和复核验证模块以及单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告。根据本发明的一种实施方式，测试细则和仿真报告生成模块制定了统一的输出模板，将基于产品代号、点火器类型的唯一性将单综阻测试理论值数据、引爆电流最大和最小值仿真数据自动填入测试细则和仿真报告中，实现了测试细则和仿真报告的自动生成。在本实施方式，测试细则包含单综阻理论阻值，仿真报告包含引爆电流范围。

在本发明中，源数据包括火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、单综适配关系数据包、航天器火工装置输入端专用电缆阻值数据包、地面测试电缆阻值数据包、火工测试装置阻值数据包、电池电缆阻值数据包和火工引爆电流参数数据包。根据本发明的一种实施方式，上述源数据具体包含的数据内容如以下表1：

表1

图1示意性表示根据本发明的执行航天器火工引爆链路仿真的方法流程图。如图1所示，根据本发明的上述航天器火工引爆链路仿真验证系统的设置，利用其执行航天器火工引爆链路仿真的方法包括以下步骤：

(a)通过源数据导入模块导入源数据；

(b)通过引爆电流仿真和复核验证模块，执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核；

(c)通过单综阻仿真模块，执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算；

(d)通过测试细则和仿真报告生成模块，输出引爆电流仿真和复核验证模块以及单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告。

根据本发明的一种实施方式，在上述a步骤中，需要先行统一数据源。在本实施方式中，制定统一数据源填写模板，对引爆电流仿真计算、复核验证，单阻仿真、综阻仿真所需源数据进行统一考虑，制定符合要求和规定的模板，由各分系统和电缆生产厂按照模板填写火工桥丝阻值、电缆阻值等信息，确保可以被仿真软件直接读取。制定的源数据即为以上表1中的十个载有多项内容的数据包。在本实施方式中，源数据可以为十个载有上述多项内容的EXCEL表格。每个源数据数据包中填写内容参见以上表1中的内容。

此外，在上述a步骤中，还需要建立源数据自动导入工具。在本实施方式中，源数据导入模块向引爆电流仿真和复核验证模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、电池电缆阻值数据包和火工引爆电流参数数据包6种源数据，以完成火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核操作。

源数据导入模块向单综阻仿真模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、地面测试电缆阻值数据包和火工测试装置阻值数据包5种源数据，以完成单阻仿真操作。

源数据导入模块向单综阻仿真模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、单综适配关系数据包、航天器火工装置输入端专用电缆阻值数据包、地面测试电缆阻值数据包和火工测试装置阻值数据包8种源数据，以完成综阻仿真操作。

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的源数据导入界面。如图1所示，在本发明的航天器火工引爆链路仿真验证系统中按照上述导入规则选择相应的源数据EXCEL表格进行自动导入，以完成导入源数据的步骤。

根据本发明的一种实施方式，在上述b步骤中，首先建立火工引爆链路数学模型。在本实施方式中，综合分析载人航天器各型号点火头类型，可以划分为单点火头双引出点—如JY20A、单点火头单引出点—如NY24-2A、双点火头单引出点—如PVt1。根据能否抽象为相同的数学模型将引爆电流仿真和复核验证模块中建立的火工引爆链路数学模型分类为单点火头双引出点或者单点火头单引出点、双点火头单引出点2种类型。具体如图3所示，2种类型的点火头均可根据电阻串并联数据公式建立链路模型。

此外，在上述b步骤中，需要建立引爆电流仿真和复核验证工具。根据链路数学模型，采取引爆电流精准等效公式第m路引爆电流＝火工装置电源电压/(火工装置电源至火工控制装置电缆阻值*(Rm/R1+………+Rm/Rn)+限流电阻阻值+航天器电缆阻值+火工桥丝阻值)开发引爆电流仿真计算和复核验证工具，链路模型如图4、图5所示，软件实现如图6、图7所示。

根据本发明的一种实施方式，在上述c步骤中，首先建立单综阻链路数学模型。根据单综阻测试链路和火工点火头类型将其分为四类：单点火头双引出点或单点火头单引出点单阻测试链路—电阻串并联数据公式建立通路模型，双点火头单引出点单阻测试链路—电阻串并联数据公式建立通路模型，单点火头双引出点或单点火头单引出点综阻测试链路—Y-△、△-Y、电阻串并联变换建立通路模型，双点火头单引出点综阻测试链路—Y-△、△-Y、电阻串并联变换建立通路模型。各类型测试链路关系如图8～11所示。

此外，在上述c步骤中，还需要建立单综阻仿真工具。相比以往的仿真计算方法，该工具实现了并行仿真，无需仿真一路按下一路测试按钮，启动仿真后无需人为干预可完成全部仿真工作，操作界面如图12和图13所示。

根据本发明的一种实施方式，在上述d步骤中，需要制定测试细则和仿真报告的填写模板。明确了产品代号、点火器类型(正样件还是工艺件)、单阻仿真理论值、综阻仿真理论值、引爆电流最大值、引爆电流最小值等数据填写规范，便于仿真软件对模板进行自动读写。

此外，在上述d步骤中，还需要建立测试细则和仿真报告自动生成工具。该工具可以基于产品代号、点火器类型的唯一性将单综阻测试理论值数据、引爆电流最大最小值仿真数据自动填入测试细则和仿真报告中。操作界面如图14和图15所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种航天器火工引爆链路仿真验证系统，其特征在于，包括：

源数据导入模块，用于导入源数据；

引爆电流仿真和复核验证模块，用于根据所述源数据执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核；

针对同组引爆工况，火工装置电源至火工控制装置之间的电缆阻值等效为火工装置电源至火工控制装置之间电缆阻值*(该路火工引爆回路阻值/同组引爆回路1阻值+.....+该路火工引爆回路阻值/同组引爆回路N阻值),其中N为同组引爆的最后一路；

单综阻仿真模块，用于根据所述源数据执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算；

测试细则和仿真报告生成模块，用于输出所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告；

基于测试链路进行了Δ—Y电路解耦，开发了用于实现并行仿真的单综阻仿真工具；

所述源数据包括火工桥丝阻值数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、航天器火工装置输入端专用电缆阻值数据包和地面测试电缆阻值数据包。

2.根据权利要求1所述的航天器火工引爆链路仿真验证系统，其特征在于，所述源数据还包括航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、单综适配关系数据包、火工测试装置阻值数据包、电池电缆阻值数据包和火工引爆电流参数数据包。

3.一种利用权利要求1或2所述的航天器火工引爆链路仿真验证系统执行航天器火工引爆链路仿真验证的方法，包括以下步骤：

(a)通过所述源数据导入模块导入所述源数据；

(b)通过所述引爆电流仿真和复核验证模块，执行火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核；

(c)通过所述单综阻仿真模块，执行单阻仿真理论值和综阻仿真理论值的计算；

(d)通过所述测试细则和仿真报告生成模块，输出所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块的仿真计算结果并生成测试细则和仿真报告。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源数据导入模块向所述引爆电流仿真和复核验证模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、电池电缆阻值数据包和火工引爆电流参数数据包，以完成火工链路设计初期的引爆电流仿真计算、产品和电缆生产结束后的引爆电流复核操作。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源数据导入模块向所述单综阻仿真模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、地面测试电缆阻值数据包和火工测试装置阻值数据包，以完成单阻仿真操作。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源数据导入模块向所述单综阻仿真模块导入火工桥丝阻值数据包、航天器自带电缆数据包、航天器通用电缆数据包、航天器火工装置输出端专用电缆阻值数据包、单综适配关系数据包、航天器火工装置输入端专用电缆阻值数据包、地面测试电缆阻值数据包和火工测试装置阻值数据包，以完成综阻仿真操作。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述引爆电流仿真和复核验证模块中建立的火工引爆链路数学模型包括单点火头双引出点或者单点火头单引出点以及双点火头单引出点。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述单综阻仿真模块中建立的单综阻链路数学模型包括单点火头双引出点或单点火头单引出点单阻测试链路、双点火头单引出点单阻测试链路、单点火头双引出点或单点火头单引出点综阻测试链路和双点火头单引出点综阻测试链路。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测试细则和仿真报告生成模块基于产品代号、点火器类型的唯一性将通过所述引爆电流仿真和复核验证模块以及所述单综阻仿真模块得到的单综阻测试理论值数据、引爆电流最大和最小值仿真数据填入测试细则和仿真报告中。

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