CN110844124B - 可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法，可重复使用运载器起落架控制系统包括，起落架判断单元根据起落架下到位传感器的开关常开端信号和常闭端信号进行与运算直接确定整个运载器起落架放下状态是否正常，相比现有技术通过对每一个起落架系统的传感器进行采集，分别对每一个起落架进行一次起落架下到位状态判断，最后综合每一个起落架的判断结果判断整个运载器起落架放下状态，本申请大大缩短了控制系统中对起落架状态的判断时间，保证了整个起落架放下任务的时间要求。

Description

可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法

技术领域

本申请属于航空航天技术领域，具体地，涉及一种可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法。

背景技术

航天运载器动力系统中，可重复使用运载器采用新一代液氧煤油发动机为主动力系统，其中起落架系统是关键的执行机构之一。起落架系统采用前三点式布局，由位于前机身起落架舱内的前起落架和位于机身机翼连接处主起落架舱内的主起落架组成。起落架系统主要功能是实现运载器着陆缓冲、滑跑和地面支撑等功能，对可重复使用运载器的飞行成败起到了决定性作用。

在进场着陆阶段，起落架系统按照指令打开前起落架舱门以及主起落架舱门，然后放下前起落架以及主起落架。起落架收放子系统包括冷气装置和燃气装置，冷气装置作为主打开方式，燃气装置作为备份能源驱动打开方式。起落架系统配置18个传感器，根据起落架传感器技术状态和故障模式判断，实现系统故障诊断与余度管理等功能。

现有技术中，起落架状态进行判断时需要采集所有起落架系统传感器的常开端和常闭端并进行一一判断，进而判断每一个起落架下到位状态，由于18各传感器中每个传感器具有常开端和常闭端，采集信号时共有36路信号，因此起落架及舱门放下逻辑判据较复杂，增加了整个起落架放下过程的时间，超出了任务指令的时间要求。

发明内容

本发明提出了一种可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法，旨在解决现有技术中可重复使用运载器起落架控制系统不能满足起落架放下任务的时间要求，经常超出任务时间要求的问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种可重复使用运载器起落架控制系统，可重复使用运载器起落架控制系统包括：

起落架下到位传感器，用于检测起落架下到位状态，包括开关常开端和常闭端；

信号采集单元，用于采集各起落架下到位传感器的常开端信号和常闭端信号；

起落架判断单元，根据信号采集单元的所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常；

控制单元，启动运载器起落架正常放下任务及根据起落架判断单元的运载器起落架放下状态控制启动运载器起落架应急放下任务或者结束任务。

根据本申请实施例的第二个方面，还提供了一种可重复使用运载器起落架控制方法，具体包括：

控制单元输出运载器起落架正常放下操作指令驱动起落架放下；

起落架下到位传感器检测起落架的下到位状态输出开关常开端信号和常闭端信号；

信号采集单元采集各起落架下到位传感器的常开端信号和常闭端信号；

起落架判断单元根据信号采集单元的所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常；

控制单元根据起落架判断单元的运载器起落架放下状态控制启动运载器起落架应急放下任务或者结束任务。

采用本申请实施例中的可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法，起落架判断单元根据起落架下到位传感器的开关常开端信号和常闭端信号进行与运算直接确定整个运载器起落架放下状态是否正常，相比现有技术通过对每一个起落架系统的传感器进行采集，分别对每一个起落架进行一次起落架下到位状态判断，最后综合每一个起落架的判断结果判断整个运载器起落架放下状态，本申请大大缩短了控制系统中对起落架状态的判断时间，保证了整个起落架放下任务的时间要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器的起落架放下过程中主要联动部件的示意图；

图2中示出了根据本申请实施例的一种可重复使用运载器起落架控制系统的结构示意图；

图3中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器起落架的燃气装置的原理示意图；

图4中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制方法的步骤流程图；

图5中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器起落架的起落架下到位传感器的接口电路图。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现航天运载器在进场着陆阶段，起落架系统是关键的执行机构之一，在起落架放下任务中需要对起落架状态进行判断以保证任务成功完成。而现有技术中，起落架状态进行判断时需要采集所有起落架系统传感器的常开端和常闭端并进行一一判断，进而判断每一个起落架下到位状态，由于18各传感器中每个传感器具有常开端和常闭端，采集信号时共有36路信号，造成了起落架下到位逻辑判据较为复杂，增加了整个起落架放下过程的时间，超出了任务指令的时间要求。或者在起落架放下过程中，默认将备份的燃气装置同时打开保证任务成功完成，虽然缩短了起落架放下的任务时间，但是降低了运载器的可重复使用性，不能满足运载器二次飞行的重复使用要求。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种可重复使用运载器起落架控制系统及控制方法，在起落架状态判断中通过起落架判断单元对起落架下到位传感器的开关常开端信号和常闭端信号进行与运算直接确定整个运载器起落架放下状态是否正常，实现传感器信号的串联判断，相比现有技术通过对每一个起落架下到位传感器分别进行一次判断起落架下到位状态，最后综合每一个起落架的判断结果，本申请大大缩短了控制系统中对起落架状态的判断时间，保证了整个起落架放下任务的时间要求。同时，简化了系统间接口关系，减少了电缆连接。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

可重复使用运载器起落架采用前三点式布局，由位于前机身前起落架舱内的前起落架和位于机身机翼连接处主起落架舱内的主起落架组成。起落架结构中包括前起落架、左主起落架、右主起落架等重要单机产品，主要功能是实现飞行器着陆缓冲、滑跑、和地面支撑等功能。

可重复使用运载器起落架控制系统共配置18个开关量传感器，包括起落架下到位传感器、起落架舱门上位锁传感器、起落架上位锁传感器以及起落架轮载传感器。

根据起落架传感器技术状态和故障模式判断，需要采集开关量传感器的常开端和常闭端。

图1中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器的起落架放下过程中主要联动部件的示意图。

每一运载器起落架处设置两个起落架下到位传感器。起落架放下过程中主要联动部件的触发操作包括：

上撑杆3与下撑杆4在动力驱动下运动到位，同时联动上锁作动筒5，上锁杆6与下锁杆7在上锁作动筒5的推力作用下同时运动到位，最后完成起落架放下以及上锁动作。

同时，传感器压片2和上锁杆6一起运动到位，传感器压片11运动触发安装在上撑杆3上的一起落架下到位传感器1；

同时，运动到位时，上锁杆6下端凸起触发安装在上撑杆3的另一个起落架下到位传感器(未示出)。

由上可知，通过采集两个起落架下到位传感器信号，便可以判断对应的起落架下到位状态。通过采集6个起落架下到位传感器开关量信号的常开端和常闭端，并判断6个起落架下到位传感器的12个开关量信号采集结果均正常，即6个传感器的常开端均闭合，常闭端均断开，则认为对应的起落架正常放下。

图2中示出了根据本申请实施例的一种可重复使用运载器起落架控制系统的结构示意图。

如图2所示，可重复使用运载器起落架控制系统包括起落架下到位传感器10、信号采集单元20、起落架判断单元30以及控制单元40。

具体的，起落架下到位传感器10用于检测起落架下到位状态。起落架下到位传感器10为开关量传感器，包括开关常开端和常闭端。

优选地，所述每一运载器起落架设置两个起落架下到位传感器。

信号采集单元20用于采集各起落架下到位传感器10的常开端信号和常闭端信号。

起落架判断单元30根据信号采集单元的所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常。

控制单元40启动运载器起落架正常放下任务及根据起落架判断单元30的运载器起落架放下状态控制启动运载器起落架应急放下任务或者结束任务。

具体的，所述起落架判断单元30的与运算具体过程为：

常开端闭合时输出信号1，断开时输出信号0；常闭端断开时输出信号1，闭合时输出信号0；

对所有常开端信号和常闭端信号进行与运算，判断结果为1则确定运载器起落架放下状态正常；判断结果为0则确定运载器起落架放下状态故障。

具体的，控制单元40控制过程具体包括：

根据起落架判断单元30的运载器起落架放下故障信号生成起落架应急放下指令；根据起落架判断单元30的运载器起落架放下正常信号生成起落架放下任务完成结束指令。

另一方面的，控制单元40控制过程具体包括：

在设定时间内没有收到根据起落架判断单元30的运载器起落架放下正常信号时，则生成起落架应急放下指令。

所述设定时间根据整个起落架放下任务的时间要求进行调整，在规定的设定时间内，起落架判断单元30重复进行对采集的起落架下到位传感器的常开端信号和常闭端信号进行与运算直至判断结果确定运载器起落架放下状态正常则结束任务；若在规定时间内未收到判断结果确定运载器起落架放下状态正常，则生成起落架应急放下指令驱动起落架应急放下操作。

进一步的，可重复使用运载器起落架控制系统还包括能源驱动装置，能源驱动装置包括冷器装置和燃气装置。

为了满足运载器可重复使用要求，采用冷气装置正常驱动起落架放下，燃气装置作为应急驱动起落架应急放下。首先由控制单元40发送起落架放下指令，启动冷气装置放下起落架舱门及起落架，冷气装置工作完成后，判断整个运载器起落架放下状态，若出现异常，则启动燃气装置，通过燃气装置启动起落架应急放下。

具体的，冷气装置作为主能源驱动打开方式，用于着陆阶段开始根据所述运载器起落架正常放下任务驱动起落架放下操作。

冷气装置是在进场着陆前，将起落架及舱门顺序放下到位，具体的：冷气装置控制高压自锁阀打开，冷气气瓶高压气体经高压自锁阀、减压阀至起落架舱门上位锁，打开舱门上位锁；舱门上位锁打开后，冷气至起落架舱门作动筒打开起落架舱门；起落架舱门打开到位后机械触发打开对应协调活门，从而冷气气瓶内部高压气体经高压自锁阀、减压阀、协调活门至起落架上位锁，打开起落架上位锁；起落架上位锁打开后，冷气至起落架作动筒联动放下起落架。

燃气装置作为备用能源驱动打开方式，用于根据所述起落架应急放下指令驱动起落架应急放下操作。

其中，所述燃气装置包括：

第一引爆器组件：根据所述控制单元的起落架应急放下指令，引爆打开起落架舱门上位锁并延时引爆起落架舱门作动筒打开起落架舱门；

第二引爆器组件：根据所述控制单元的起落架应急放下指令，引爆打开起落架上位锁并延时引爆起落架作动筒打开起落架。

具体的，图3中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器起落架的燃气装置的原理示意图。

如图3所示，燃气装置用于向起落架舱门应急开锁、起落架舱门应急放下以及起落架应急开锁、起落架应急放下提供燃气动力。控制系统控制单元控制引爆引爆器1和引爆器3，由非电传爆组件引爆隔板点火器，打开起落架舱门上位锁；再经由延时装置延时后，引爆燃气发生器，推动起落架舱门作动筒；3.5s后控制系统控制单元控制引爆引爆器2和引爆器4，由非电传爆组件引爆隔板点火器，打开起落架上位锁；再经由延时装置延时后，引爆燃气发生器，推动起落架作动筒放下起落架实现起落架的应急放下。

主控单元40将起落架应急放下指令综合成一个引爆信号，向每发引爆器分别通入5～10A电流进行引爆。

优选地，所述起落架判断单元30还根据起落架下到位传感器10的常开端信号和常闭端信号判断所述起落架下到位传感器10对应的起落架的下到位状态。可以判断和定位单个起落架下到位传感器的故障情况。

优选地，可重复使用运载器起落架控制系统共配置18个开关量传感器，还包括起落架舱门上位锁传感器、起落架上位锁传感器以及起落架轮载传感器。优选地，所述开关量传感器均采用霍尼韦尔传感器402EN1-6。

相应的，信息采集单元20还用于采集所述起落架舱门上位锁传感器、起落架上位锁传感器以及起落架轮载传感器的采集信号。

本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制系统根据配置的18个开关量传感器的技术状态和故障模式，明确了起落架正常放下判据和应急控制方法，有效解决了控制系统开关量采集接口资源约束问题，并可以准确判断和定位单个起落架下到位传感器的故障情况，提高了起落架控制系统工作的可靠性。

实施例2

图4中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制方法的步骤流程图。

如图4所示，本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制方法具体包括：

S101：控制单元输出运载器起落架正常放下操作指令驱动起落架放下。

S102：起落架下到位传感器检测起落架的下到位状态输出开关常开端信号和常闭端信号。

S103：信号采集单元采集各起落架下到位传感器的常开端信号和常闭端信号。

S104：起落架判断单元根据信号采集单元的所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常。

S105：控制单元根据起落架判断单元的运载器起落架放下状态控制启动运载器起落架应急放下任务或者结束任务。

具体的，所述起落架判断单元进行与运算过程具体为：

常开端闭合时输出信号1，断开时输出信号0；常闭端断开时输出信号1，闭合时输出信号0；

对所有常开端信号和常闭端信号进行与运算，判断结果为1则确定运载器起落架放下状态正常；判断结果为0则确定运载器起落架放下状态故障。

具体的，可重复使用运载器起落架控制方法还包括：

冷气装置根据所述运载器起落架正常放下任务驱动起落架放下操作；

以及燃气装置根据所述起落架应急放下指令驱动起落架应急放下操作。

优选地，起落架判断单元30还根据起落架下到位传感器10的常开端信号和常闭端信号判断所述起落架下到位传感器对应的起落架的下到位状态。

图5中示出了根据本申请实施例的可重复使用运载器起落架的起落架下到位传感器的接口电路图。

本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制方法具体实施包括：满足起落架放下条件时，主控单元发出打开高压自锁阀指令后，从第6s开始判断起落架是否下到位，至第6.5s，连续0.5s判断6个起落架下到位传感器的12个开关量信号采集结果是否均正确，即当6个传感器的常开端均闭合，常闭端均断开时均正确，此时则认为起落架正常放下。若判断至第6.5s仍未满足起落架正常放下判据，则主控单元发出起落架应急放下指令，由主控单元发出前起舱门放下和主起舱门放下电起爆器通电指令后，延时3s发出前起落架放下和主起落架放下电起爆器通电指令。最后，当运载器停机后发出关闭高压自锁阀指令。采用本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制方法保证了整个起落架放下任务过程不超过15s。

相对于现有技术的控制系统飞控计算机开关量采集接口数量有限，无法满足所有开关量传感器采集的要求。本申请实施例的可重复使用运载器起落架控制系统在满足可重复使用要求下，提高着陆可靠性和安全性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，包括：

起落架下到位传感器，用于检测起落架下到位状态，包括开关常开端和常闭端；其中，所述可重复使用运载器起落架由位于前机身前起落架舱内的前起落架和位于机身机翼连接处主起落架舱内的两个主起落架组成，每一运载器起落架处设置两个起落架下到位传感器，两个起落架下到位传感器信号用于判断对应的起落架下到位状态；

信号采集单元，用于采集各起落架下到位传感器的常开端信号和常闭端信号；

起落架判断单元，根据信号采集单元的所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常；

控制单元，根据起落架判断单元的运载器起落架放下状态确定结果控制启动运载器起落架应急放下任务或者结束任务。

2.根据权利要求1所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，所述起落架判断单元与运算过程具体为：

常开端闭合时输出信号1，断开时输出信号0；常闭端断开时输出信号1，闭合时输出信号0；

对所有常开端信号和常闭端信号进行与运算，判断结果为1则确定运载器起落架放下状态正常；判断结果为0则确定运载器起落架放下状态故障。

3.根据权利要求2所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括：

根据起落架判断单元的运载器起落架放下故障信号生成起落架应急放下指令；

根据起落架判断单元的运载器起落架放下正常信号生成起落架放下任务完成结束指令。

4.根据权利要求2所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括：

在设定时间内没有收到根据起落架判断单元的运载器起落架放下正常信号时，生成起落架应急放下指令。

5.根据权利要求1所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，还包括：

燃气装置：用于根据所述起落架应急放下任务驱动起落架应急放下操作。

6.根据权利要求5所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，所述燃气装置包括：

第一引爆器组件：根据所述控制单元的起落架应急放下指令，引爆打开起落架舱门上位锁并延时引爆起落架舱门作动筒打开起落架舱门；

第二引爆器组件：根据所述控制单元的起落架应急放下指令，引爆打开起落架上位锁并延时引爆起落架作动筒打开起落架。

7.根据权利要求1所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，所述起落架判断单元，还根据起落架下到位传感器的常开端信号和常闭端信号判断所述起落架下到位传感器对应的起落架的下到位状态。

8.根据权利要求1所述的可重复使用运载器起落架控制系统，其特征在于，还包括起落架舱门上位锁传感器、起落架上位锁传感器以及起落架轮载传感器；

所述信号采集单元还用于采集所述起落架舱门上位锁传感器、起落架上位锁传感器以及起落架轮载传感器的采集信号。

9.一种可重复使用运载器起落架控制方法，其特征在于，具体包括：

检测起落架的下到位状态输出开关常开端信号和常闭端信号；其中，所述可重复使用运载器起落架由位于前机身前起落架舱内的前起落架和位于机身机翼连接处主起落架舱内的两个主起落架组成，每一运载器起落架处设置两个起落架下到位传感器，两个起落架下到位传感器信号用于判断对应的起落架下到位状态；起落架下到位传感器信号作为下到位状态输出开关常开端信号和常闭端信号；

对所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常；

根据运载器起落架放下状态确定的结果控制启动运载器起落架应急放下任务或者结束任务。

10.根据权利要求9所述的可重复使用运载器起落架控制方法，其特征在于，所述对所有常开端信号和常闭端信号进行与运算确定运载器起落架放下状态是否正常具体包括：

常开端闭合时输出信号1，断开时输出信号0；常闭端断开时输出信号1，闭合时输出信号0；

对所有常开端信号和常闭端信号进行与运算，判断结果为1则确定运载器起落架放下状态正常；判断结果为0则确定运载器起落架放下状态故障。

11.根据权利要求10所述的可重复使用运载器起落架控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述起落架应急放下任务驱动起落架应急放下操作。

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