发明内容
本申请的目的在于提供一种分部段火箭电气系统及其测试方法,该测试方法在每一级舱段装配完成后即可对其进行测试,无需等待火箭的其他舱段全部安装好再进行测试,缩短了火箭电气系统的测试时间,提高了火箭电气系统的测试效率。
为达到上述目的,本申请提供一种分部段火箭电气系统,包括:对应设置在火箭的各个舱段内的多级电气系统,每一级所述电气系统均包括有电池、控制设备和执行设备,每一级所述电气系统的电池分别与该级的控制设备和该级的执行设备电连接,用于给所述控制设备和所述执行设备供电;每一级所述电气系统的控制设备分别与该级的执行设备通信连接,用于控制所述执行设备动作;每一级所述电气系统的控制设备分别通过总线与地面测试设备通信连接;各级所述电气系统的控制设备之间通过总线通信连接。
如上的,其中,所述多级电气系统包括一级电气系统、二级电气系统、三级电气系统和四级电气系统;所述一级电气系统、所述二级电气系统、所述三级电气系统和所述四级电气系统依次设置在火箭尾部至头部的四个舱段内。
如上的,其中,所述一级电气系统包括一级电池、一级控制设备和一级执行设备,所述一级电池分别与所述一级控制设备和一级执行设备电连接,所述一级控制设备与所述一级执行设备通信连接;所述二级电气系统包括二级电池、二级控制设备和二级执行设备,所述二级电池分别与所述二级控制设备和所述二级执行设备电连接,所述二级控制设备与所述二级执行设备通信连接;所述三级电气系统包括三级电池、三级控制设备和三级执行设备,所述三级电池分别与所述三级控制设备和所述三级执行设备电连接,所述三级控制设备与所述三级执行设备通信连接;所述四级电气系统包括四级电池、四级控制设备和四级执行设备,所述四级电池分别与所述四级控制设备和所述四级执行设备电连接,所述四级控制设备与所述四级执行设备通信连接。
如上的,其中,所述执行设备主要包括伺服机构、末修姿控装置和舵机。
本申请还提供了一种分部段火箭电气系统的测试方法,该方法包括如下步骤:在火箭各级舱段分开的状态下,依次对多级电气系统的执行设备进行测试;在火箭各级舱段连接的状态下,用最靠近火箭头部的电气系统的控制设备对其他级电气系统进行测试;其中,在火箭各级舱段连接的状态下,最靠近火箭头部的电气系统的控制设备作为总线控制器,负责总线信息的发起和控制,其他各级舱段内的控制设备作为远程终端,接收最靠近火箭头部的电气系统的控制设备的指令并反馈其采集的信息。
如上的,其中,在火箭各级舱段分开状态下,依次对一级执行设备、二级执行设备、三级执行设备和四级执行设备进行测试;其中,对所述一级执行设备进行的测试方法包括如下步骤:应用于地面测试设备;
通过总线向一级控制设备发送预先设定好的固定频率和幅值的正弦波,以使一级控制设备控制一级执行设备按照正弦波进行动作;通过总线接收一级控制设备接收的一级执行设备的位置信息;地面测试设备根据返回的位置信息和设定的正弦波进行计算,得到相位差,判断相位差的大小是否在合格的阈值范围内,若是,则测试合格;若否,则测试不合格。
如上的,其中,对一级执行设备进行的测试方法包括如下步骤:应用于一级控制设备;接收预先设定好的固定频率和幅值的正弦波;控制一级执行设备按照正弦波动作;接收一级执行设备动作过程中的位置信息;将接收的位置信息通过总线发送给地面测试设备,以向地面测试设备反馈一级执行设备的动作情况。
如上的,其中,最靠近火箭头部的电气系统的控制设备为四级控制设备,四级控制设备作为总线控制器对其他各级舱段执行设备进行测试的方法包括:
应用于四级控制设备;根据火箭当前的位置、速度和加速度信息进行解算,获得一级执行设备需要的动作信息;通过总线向一级控制设备发送携带有动作信息的指令,以使一级控制设备控制一级执行设备按照指令中携带的动作信息进行动作。
如上的,其中,应用于四级控制设备;
根据火箭当前的飞行速度、加速度信息和一级舱段发动机的剩余能量,判断一级发动机的能量是否耗尽关机,若是,则通过总线向一级控制设备发送携带有一二级分离信息的指令,以使一级控制设备控制引爆一二级舱段之间的火工品实现一二级舱段分离;否则,继续判断。
如上的,其中,应用于一级控制设备;
接收四级控制设备发送的携带有动作信息的指令;
接收到携带有动作信息的指令后控制一级执行设备动作;
接收四级控制设备发送的携带有一二级分离信息的指令;
接收到携带有一二级分离信息的指令后引爆火工品实现一二级舱段的分离。
本申请实现的有益效果如下:
(1)本申请的每一级舱段都有独立的电池和控制设备,因此,火箭在一级设备装舱后即可开展该舱段的测试工作,不需要再等待所有的舱段都装备完成后再进行测试,节约了测试时间,提高了测试效率。
(2)本申请的每一级舱段都有独立的控制设备,通过每一级舱段本身带有的控制设备实现本舱段的飞行控制,相对于现有技术中仅由四级控制设备进行控制来说,减轻了四级控制设备的控制压力,提高了系统的指令执行效率。
(3)本申请的每一级舱段都有独立的电池,不需要再火箭的舱体上穿孔来使供电电缆穿过各级舱段,缩短了供电电缆的使用长度,减小了供电电缆网的设计复杂度,减轻了电缆网的重量。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
实施例一
如图2所示,本申请提供了一种分部段火箭电气系统,包括对应设置在多级火箭的各个舱段内的多级电气系统,例如,多级电气系统包括一级电气系统、二级电气系统、三级电气系统和四级电气系统。一级电气系统、二级电气系统、三级电气系统和四级电气系统分别设置在火箭的一级舱段10、二级舱段20、三级舱段30和四级舱段40内。
一级电气系统包括一级电池13、一级控制设备12和一级执行设备11。其中,一级电池13分别与一级控制设备12和一级执行设备11电连接,一级电池13用于给一级控制设备12和一级执行设备11供电。一级控制设备12与一级执行设备11电连接,一级控制设备12用于控制一级执行设备11执行相应的指令,即按指令进行动作,完成一级飞行。
二级电气系统包括二级电池23、二级控制设备22和二级执行设备21。其中,二级电池23分别与二级控制设备22和二级执行设备21电连接,二级电池23用于给二级控制设备22和二级执行设备21供电。二级控制设备22与二级执行设备21电连接,二级控制设备22用于控制二级执行设备21执行相应的指令,即按指令进行动作,完成二级飞行。
三级电气系统包括三级电池33、三级控制设备32和三级执行设备31。其中,三级电池33分别与三级控制设备32和三级执行设备31电连接,三级电池33用于给三级控制设备32和三级执行设备31供电。三级控制设备32与三级执行设备31电连接,三级控制设备32用于控制三级执行设备31执行相应的指令,即按指令进行动作,完成三级飞行。
四级电气系统包括四级电池44、四级控制设备42和四级执行设备41。其中,四级电池44分别与四级控制设备42和四级执行设备41电连接,四级电池44用于给四级控制设备42和四级执行设备41供电。四级控制设备42与四级执行设备41电连接,四级控制设备42用于控制四级执行设备41执行相应的指令,即按指令进行动作,完成四级飞行。
一级控制设备12通过总线与地面测试设备通信连接,其中,地面测试设备作为总线控制器,一级控制设备12作为远程终端,地面测试设备通过总线向一级控制设备12发送测试和飞行指令,一级控制设备12接收测试或飞行指令,并根据指令控制一级执行设备11完成相应的动作,进而开展一级舱段10的测试工作。
二级控制设备22通过总线与地面测试设备通信连接,其中,地面测试设备作为总线控制器,二级控制设备22作为远程终端,地面测试设备通过总线向二级控制设备22发送测试和飞行指令,二级控制设备22接收测试或飞行指令,并根据指令控制二级执行设备21完成相应的动作,进而开展二级舱段20的测试工作。
三级控制设备32通过总线与地面测试设备通信连接,其中,地面测试设备作为总线控制器,三级控制设备32作为远程终端,地面测试设备通过总线向三级控制设备32发送测试和飞行指令,三级控制设备32接收测试或飞行指令,并根据指令控制三级执行设备31完成相应的动作,进而开展三级舱段30的测试工作。
四级控制设备42通过总线与地面测试设备通信连接,其中,地面测试设备作为总线控制器,四级控制设备42作为远程终端,地面测试设备通过总线向四级控制设备42发送测试和飞行指令,四级控制设备42接收测试或飞行指令,并根据指令控制四级执行设备41完成相应的动作,进而开展四级舱段40的测试工作。
根据本发明的一个具体实施例,在火箭的四个舱段对接完成之后,一级控制设备12、二级控制设备22、三级控制设备32和四级控制设备42之间通过1553B总线通信连接,实现各个控制设备之间的信息交互;在测试的过程中,四级控制设备42作为总线控制器(BC)负责总线信息的发起和控制;一级控制设备12、二级控制设备22和三级控制设备32作为远程终端(RT),接收四级控制设备42(总线控制器)的指令并反馈。
根据本发明的一个具体实施例,执行设备主要包括每级舱段的伺服机构、末修姿控装置和舵机。
伺服机构主要包括伺服驱动器和伺服作动器。各级控制设备接收四级控制设备42的指令,该指令包含有伺服作动器的动作信息,动作信息可以是需要伺服作动器在哪个方向动作多少角度。各级控制设备接收到四级控制设备42的指令后,控制伺服驱动器内部的IGBT管的断开,伺服驱动器给伺服作动器提供电流,从而控制伺服作动器伸长或缩短,伺服作动器与火箭尾部的喷管连接,伺服作动器伸长或缩短后带动喷管摆动一定角度。
末修姿控装置包括多个冷气喷管。末修姿控装置在三级控制设备32的控制下工作。四级控制设备42根据火箭当前的位置、速度和角度等姿态信息,向三级控制设备32发出控制指令,指定某个特定的电磁阀打开,三级控制设备32便打开该电磁阀,则冷气可从该电磁阀控制的喷管喷出,从而改变火箭的姿态。
根据本发明的一个具体实施例,本发明中的总线优选为1553B总线,1553B总线为多冗余度总线型拓扑结构,具有双向传输特性。
实施例二
本申请提供了一种分部段火箭电气系统的测试方法,该方法包括如下步骤:
如图3所示,步骤S1,在火箭各级舱段分开状态下,依次对多级电气系统的执行设备进行测试。具体的,依次对一级执行设备、二级执行设备、三级执行设备和四级执行设备进行测试。其中,地面测试系统通过1553B总线与一级控制设备、二级控制设备、三级控制设备或四级控制设备通信连接,地面测试设备作为总线控制器,向一级控制设备、二级控制设备、三级控制设备或四级控制设备发送预先设定好的固定频率和幅值的正弦波。
具体的,测试内容包括伺服机构的自检、极性检查、单元测试和圆周摆测试等。
步骤S1中,对一级执行设备进行测试的方法包括如下步骤:
应用于地面测试设备,
如图4所示,步骤S111,地面测试设备通过总线向一级控制设备发送预先设定好的固定频率和幅值的正弦波,以使一级控制设备控制一级执行设备按照正弦波动作。
根据本发明的一个具体实施例,一级控制设备按照正弦波发出1度的动作指令,执行设备则按照该动作指令动作1度,一级控制设备控制一级执行设备按照正弦波进行动作。
步骤S112,地面测试设备通过总线接收一级控制设备接收的一级执行设备动作过程中的位置信息。
一级执行设备在执行完每一个指令后,自动采集其动作后的位置信息,一级执行设备按照正弦波进行相应的动作,自动采集其每次动作后的位置信息,该位置信息为与一级执行设备实际动作角度有一定比例关系的正弦波电压信号。一级执行设备将采集的位置信息通过1553B总线传输给一级控制设备。
步骤S113,地面测试设备根据返回的位置信息和设定的正弦波进行计算,得到相位差,判断相位差的大小是否在合格的阈值范围内,若是,则测试合格;若否,则测试不合格。
应用于一级控制设备;
如图5所示,步骤S121,一级控制设备接收预先设定好的固定频率和幅值的正弦波。
步骤S122,一级控制设备控制一级执行设备按照正弦波进行动作。
步骤S123,一级控制设备接收一级执行设备动作过程中的位置信息。
步骤S124,一级控制设备将接收的一级执行设备的位置信息通过总线发送给地面测试设备,以向地面测试设备反馈一级执行设备的动作情况。
应用于一级执行设备;
步骤S131,一级执行设备根据预先设定好的固定频率和幅值的正弦波进行动作。
步骤S132,一级执行设备每次动作完成后自动采集其位置信息。
步骤S133,一级执行设备将采集的位置信息通过总线传输给一级控制设备。
按照与对一级执行设备测试相同的方法依次对二级执行设备、三级执行设备和四级执行设备进行测试。
步骤S2,在火箭各级舱段连接的状态下,用最靠近火箭头部的那一级电气系统的控制设备对其他各级电气系统进行测试。
根据本发明的一个具体实施例,通过四级控制设备作为总线控制器对其他各级舱段执行设备进行测试。
其中,最靠近火箭头部的电气系统的控制设备为四级控制设备,四级控制设备作为总线控制器,负责总线信息的发起和控制,其他各级舱段控制设备作为远程终端,接收四级控制设备发起的包含有动作信息的指令并反馈执行设备的动作信息,其他控制设备接收到包含有动作信息的指令后,控制相应的执行设备按照指令中包含的动作信息进行动作。
应用于四级控制设备,该测试方法包括如下步骤:
步骤S211,四级控制设备根据火箭当前的位置、速度和加速度信息进行解算,获得一级执行设备需要的动作信息。
步骤S212,四级控制设备通过总线向一级控制设备发送携带有动作信息的指令,以使一级控制设备控制一级执行设备按照指令中携带的动作信息进行动作。
步骤S213,四级控制设备根据火箭当前的飞行速度、加速度信息和一级舱段发动机的剩余能量,判断一级发动机的能量是否耗尽关机,若是,则通过总线向一级控制设备发送携带有一二级分离信息的指令,以使一级控制设备控制引爆一二级舱段之间的火工品实现一二级舱段分离;否则,继续判断。
应用于一级控制设备,该测试方法包括如下步骤:
步骤S221,一级控制设备接收四级控制设备发送的携带有动作信息的指令。
其中,该动作信息指的是需要一级执行设备动作的信息。
步骤S222,一级控制设备接收到携带有动作信息的指令后控制一级执行设备动作。
步骤S223,一级控制设备接收四级控制设备发送的携带有一二级分离信息的指令。
步骤S224,一级控制设备接收到携带有一二级分离信息的指令后引爆火工品(火药或炸药)实现一二级舱段的分离,即一级舱段和二级舱段分离,一级舱段与二级舱段分离后减轻了火箭的质量。
应用于二级控制设备,该测试方法包括如下步骤:
步骤S231,二级控制设备接收四级控制设备发送的携带有动作信息的指令。
步骤S232,二级控制设备接收到携带有动作信息的指令后控制二级执行设备动作。
步骤S233,二级控制设备接收四级控制设备发送的携带有二三级分离信息的指令。
步骤S234,二级控制设备接收到携带有二三级分离信息的指令后引爆二三级舱段之间的火工品实现二三级舱段的分离,即二级舱段和三级舱段分离,二级舱段与三级舱段分离后减轻了火箭的质量。
应用于三级控制设备,该测试方法包括如下步骤:
步骤S241,三级控制设备接收四级控制设备发送的携带有动作信息的指令。
步骤S242,三级控制设备接收到携带有动作信息的指令后控制三级执行设备动作。
步骤S243,三级控制设备接收四级控制设备发送的携带有三四级分离信息的指令。
步骤S244,三级控制设备接收到携带有三四级分离信息的指令后引爆三四级之间的火工品实现三四级舱段的分离,即三级舱段和四级舱段分离,三级舱段与四级舱段分离后减轻了火箭的质量。
根据本发明的一个具体实施例,四级控制设备根据火箭当前的位置、速度和加速度信息进行解算,计算需要一级执行设备在火箭的俯仰方向上动作+2°角;四级控制设备通过1553B总线向一级控制设备发送+2°俯仰指令;一级控制设备接收到+2°俯仰指令后控制一级执行设备动作,一级执行设备的伺服作动器伸长(或缩短),推动一级发动机的喷管在俯仰方向上偏转+2°度,以实现火箭姿态的控制。当火箭一级舱段10与二级舱段分离后,则按照上述方法控制二级执行设备动作;当火箭二级舱段与三级舱段分离后,则按照上述方法控制三级执行设备动作,以实现火箭姿态的控制。
本申请实现的有益效果如下:
(1)本申请的每一级舱段都有独立的电池和控制设备,因此,火箭在一级设备装舱后即可开展该舱段的测试工作,不需要再等待所有的舱段都装备完成后再进行测试,节约了测试时间,提高了测试效率。
(2)本申请的每一级舱段都有独立的控制设备,通过每一级舱段本身带有的控制设备实现本舱段的飞行控制,相对于现有技术中仅由四级控制设备进行控制来说,减轻了四级控制设备的控制压力,提高了系统的指令执行效率。
(3)本申请的每一级舱段都有独立的电池,不需要再火箭的舱体上穿孔来使供电电缆穿过各级舱段,缩短了供电电缆的使用长度,减小了供电电缆网的设计复杂度,减轻了电缆网的重量。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。