CN108595155A - 一种推进剂定量补加系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体火箭发动机试验过程中一种推进剂定量补加系统及其实现方法，属于计算机软件领域，用于解决液体火箭发动机试验过程中的推进剂加注精度问题。针对液体火箭发动机试验推进剂加注过程进行研究，在原有的加注系统上，重新设计建立煤油定量补加系统，本软件采用现场仪表+采集系统+继电器卡的设计方案，为了提高计时的精准度，本软件采用多媒体计时器STimer工业控件作为计时器。为提高数据可靠性，采用模拟+数字滤波方法对数据进行滤波。最终实现了推进剂定量加注，提高了加注系统的自动化程度。

Description

一种推进剂定量补加系统及方法

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及火箭发动机数据采集系统实现技术领域，用于解决液体火箭发动机试验过程中的推进剂加注精度问题。

背景技术

液体运载火箭推进剂的加注工作是十分重要的，它关系到能否顺利发射，以及火箭能否把卫星准确送入轨道。通常，对加注推进剂的主要要求，首先是加注精确度。根据火箭系统的性能，要求加注系统具有一定的精确度。液体运载火箭设计的重要问题之一，就是使箭体内的无用质量尽可能减少到最低限度，以便获得最大的有效载荷。液体运载火箭的起飞质量的90％左右是液体推进剂，而火箭上推进剂的剩余量，尤其是最后一级飞行器上的剩余量直接关系火箭的有效载荷。加注如果出现问题会造成严重的后果，2010年俄罗斯质子M/DM03组级火箭在拜科努尔航天发射场发射3颗GLONASS导航系统卫星时失败，原因在于火箭上面级煤油加注过量，由于推进剂加注过量，受所载额外重量影响，火箭偏离飞行路线8度，致使上面级和3颗卫星被送到了高度偏低的部署位置，最终导致落海，因此煤油定量补加系统在火箭的发射工作中亦是不容忽视的环节。

为了尽量减少箭上推进剂的剩余量，要靠选择适当的加注程序和定量方法来保证加注推进剂达到所需要的加注精度。因此，精确、安全地向火箭加注液体推进剂是取得最佳火箭性能的一个重要因素。

通常，液体运载火箭的推进剂采用闭式加注，即推进剂贮箱与地面的推进剂贮罐、加注泵等加注设备，通过管道连为一体，构成一个闭合回路。加注量的测量方法是常采用火箭上的点式液位计，长征系列液体运载火箭和东风型号液体导弹，在大流量加注推进剂时，都是以箭上或弹上点式液位计来控制定量加注，该液位计安装在推进剂贮箱的顶部。在实际工作中，该加注系统操作使用有些不太方便，容易出现过故障，给推进剂的加注工作带来麻烦，甚至酿成事故。

发明内容

本发明的目的在于提高上述液体火箭发动机试验过程中推进剂加注精度，提高加注系统自动化程度，减少人为因素对系统可靠性的影响，提供一种具有实时性、自动化程度更高的推进剂定量补加系统软件及设计方法。软件系统可扩展、可移植、开发维护成本更低、可靠性更高。

为了实现上述目的，本发明的液体火箭发动机试验推进剂定量补加系统软件及设计方法如下：

所述的推进剂定量补加软件，其主要特点是，该推进剂定量补加软件包括数据采集模块、流量积分模块、关阀逻辑判读模块，报警标志显示模块、数据存储模块、发送关阀信号模块。

所述的数据采集模块，包括数据采集、通用化通道配置功能、设备自检功能、信号调节、放大、滤波、A/D转换、系统控制、激励输出，最大采样率10K/S/通道，单机箱容量128通道(采用主从机箱配置，最大通道数可达512ch)，系统电校准精度0.05％；其中，通道配置功能可以允许使用者根据实际硬件通道的连线需求配置通道信息。使用者通过数据采集系统界面的功能菜单，进行通道选择，进而配置各个通道的增益、滤波、报警上下限。触发采集数据启动按钮即可进行数据采集。

为提高数据可靠性，采用模拟+数字滤波方法对数据进行滤波。采集系统每个模拟输入模块的每个通道都有一个独立的差分仪器放大器、滤波器，以减少带外噪声。同时在软件中进行数字滤波的处理，以进步一步消除附加在数据中的各式各样的干扰，使采集到的数据能够真实反映现场的工艺实际情况。由于采集到的流量数据有效值的最后一位不停波动，难以稳定，这种情况下采取了死区处理的方式，只有当数值变化超出某设定值时才认为该值发生了变化。

所述的流量积分模块，实时将采集到的流量计电压信号滤波后转换为流量数据，并进行积分计算，实时显示当前加注量。

所述的加注量逻辑判读模块，实时判读当前加注量是否达到补加量设定值；未收到启动信号则不进行关阀门逻辑判断。

所述的报警标志显示模块，以报警标志灯显示加注状态，红-加注量到达设定值报警、绿-加注量未到达设定值；

所述的数据存储模块，在程序初始化时，根据实时时钟创建数据存储文件名，试验数据实时存储在本地硬盘上，试验结束后，可根据存储的数据进行数据分析；

所述的发送关阀门信号模块，根据判读准则，满足补加量条件时，通过继电器输出板卡发出触点信号。

该推进剂定量补加软件设计方法采用全软件方式实现了传统的以硬件电路为主的逻辑判断模式，降低了开发成本，增强了程序的可移植性和可扩展性，易于维护。为了提高程序通用化，程序设置了通用化的通道设置面板。为了提高程序效率，程序具有多项自动功能：自动控制启停、存储文件创建、数据存储。

附图说明

图1是液体火箭发动机地面试验推进剂加注过程结构框图。

图2是液体火箭发动机地面试验推进剂加注过程设备组成图。

图3是液体火箭发动机地面试验推进剂定量补加软件流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

参照图1、图2、图3，该液体火箭发动机地面试验自动紧急关机软件工作原理如下：流量信号由试车间处涡街流量计信号变换器经测量电缆将信号传输至太平洋6000数据采集系统，煤油贮箱到达基准液位后，控制系统给测量系统发出信号，自动重启定量补加积分程序，积分程序进行累加积分运算，实时对加注量进行判断，到达设定报警值时，向控制系统发出信号，控制系统关闭靠近箭体处的加注阀，并关闭煤油泵。

Claims (6)

1.一种液体火箭发动机试验推进剂定量补加软件，其特征在于：其主要特点是，该软件包括数据采集模块、流量积分模块、加注量逻辑判读模块、数据存储模块、发送关阀门信号模块；

数据采集模块，包括数据采集、通用化通道配置功能、设备自检功能、信号调节、放大、滤波、A/D转换、系统控制、激励输出，最大采样率10K/S/通道，单机箱容量128通道(采用主从机箱配置，最大通道数可达512ch)，系统电校准精度0.05％；

流量积分模块，实时将采集到的流量计电压信号滤波后转换为流量数据，并进行积分计算，实时显示当前加注量。

加注量逻辑判读模块，实时判读当前加注量是否达到补加量设定值；

报警标志显示模块，以报警标志灯显示加注状态，红-加注量到达设定值报警、绿-加注量未到达设定值；

数据存储模块，在程序初始化时，根据实时时钟创建数据存储文件名，试验数据实时存储在本地硬盘上，试验结束后，可根据存储的数据进行数据分析；

发送关阀门信号模块，根据判读准则，满足补加量条件时，通过继电器输出板卡发出触点信号。

2.如权利要求1所述的推进剂定量补加软件系统，采用全软件方式实现了传统的以硬件电路为主的逻辑判断模式和光电报警装置，降低了开发成本，增强了推进剂定量补加软件的可移植性和可扩展性，易于维护。

3.如权利要求1所述的推进剂定量补加软件系统，设计方法为了提高计时的精准度，引入一套定时精度更高的时钟信号-STimer工业控件代替计算机内部时钟，STimer控件是一种基于Windows中断的时钟脉冲发生器，此控件对多媒体计时函数进行了封装，在接口中设置定时中断回调函数，避开了Windows的消息队列，从而不必浪费时间等待应用程序的消息队列变空，保障定时中断得到实时响应，完全弥补了VB中自带的Timer控件(基于Windows消息机制的时钟脉冲发生器)定时不准确，同步性差的缺点。

4.如权利要求1所述的推进剂定量补加软件系统，为提高数据可靠性，采用模拟+数字滤波方法对数据进行滤波。采集系统每个模拟输入模块的每个通道都有一个独立的差分仪器放大器、滤波器，以减少带外噪声。同时在软件中进行数字滤波的处理，以进步一步消除附加在数据中的各式各样的干扰。

5.本推进剂定量补加软件采用了一种通用化的软件开发方法，主要包括以下几个步骤：

(1)初始化采集设备、配置参数、存储文件、数据采集；

(2)定量补加开始逻辑判断；

(3)流量数据积分；

(4)加注量逻辑判断；

(5)红绿灯报警；

(6)数据实时存储。

6.根据权利要求5所述的所述的开发方法的几个步骤，其特征在于：

所述的初始化采集设备、配置参数、存储文件，包括对采样频率的设置与读取、通道配置参数，包括：滤波、增益、量程、校准的载入、数据存储文件的实时创建。程序可以手动、自动控制启停，以自动控制为主，手动补充备保，两种方法融为一体，既能准确可靠运行，又互不影响互为补偿。