CN111412381A - 火箭气瓶充放气自动控制装置及方法 - Google Patents

火箭气瓶充放气自动控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种火箭气瓶充放气自动控制装置及方法，包括：控制单元、氮气储罐单元、充气配气单元、气瓶组单元、单元；所述控制单元对充气配气单元进行充气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述控制单元对单元进行放弃控制；所述氮气储罐单元与充气配气单元相连；所述充气配气单元与气瓶组单元相连；所述气瓶组单元与单元相连；所述控制单元能够采集及处理压力信号；所述控制单元能够对一个或者多个气动阀体进行控制。本发明的自动充放气试验装置及方法就是模拟其气瓶充放气过程，该装置试验过程可控，数据精确，自动化程度高，安全可靠。

Description

火箭气瓶充放气自动控制装置及方法
技术领域
本发明涉及气瓶充放气控制技术领域，具体地，涉及一种火箭气瓶充放气自动控制装置及方法。
背景技术
火箭在轨飞行燃料注入发动机主要依靠气瓶内储存的高压气体进行推动，为降级火箭飞行重量，气瓶结构采用复合材料加铝合金内胆模式制成，其强度大，重量很轻，但是火箭飞行工况复杂，为确保在飞行过程中能气瓶放气控制，顺利推进燃料进入发动机燃烧室，有必要进行气瓶充气和放气试验，验证气瓶设计和工艺的合理性。
目前国内没有专门针对气瓶充放气试验设计的试验装备，也没有查询到相关国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火箭气瓶充放气自动控制装置及方法。
根据本发明提供的一种火箭气瓶充放气自动控制装置，包括：控制单元、氮气储罐单元、充气配气单元、气瓶组单元、单元；所述控制单元对充气配气单元进行充气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述控制单元对单元进行放弃控制；所述氮气储罐单元与充气配气单元相连；所述充气配气单元与气瓶组单元相连；所述气瓶组单元与单元相连；所述控制单元能够采集及处理压力信号；所述控制单元能够对一个或者多个气动阀体进行控制。
优选地，所述控制单元采用过滤调压阀1、低压电磁阀2、气动阀门3、泄压阀4、截止阀12、压力电子控制器13、单向阀14、气动阀15进行充气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述过滤调压阀1与低压电磁阀2相连；所述气动阀门3与泄压阀3相连；所述截止阀12、压力电子控制器13、单向阀14、气动阀15依次相连。
优选地，所述控制单元采用过滤调压阀5、电磁阀6、过滤阀17、气动阀18、单向阀19、气动阀20对气瓶组单元进行放气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述过滤调压阀5与电磁阀6相连；所述过滤阀17、气动阀18、单向阀19、气动阀20依次连接。
优选地，所述气瓶组单元包括：气瓶16；所述气瓶16与气动阀15、过滤阀17分别相连；所述截止阀7、气动阀门8、高压缓冲气瓶9、压力表10以及过滤器11依次连接；所述过滤器11与截止阀12连接。
优选地，所述控制单元能够控制一个或者多个管路的充放气速率。所述压力电子控制器13、气动阀18能够监控气瓶16的压力，对压力数据进行采集和分析。所述控制单元能实现现场仪器仪表的数据采集、执行器控制、状态监控和数据处理等任务；所述控制单元能实现自动测控任务，实现权限登陆、参数设定、检测状态监控、参数实时显示、系统报警、数据记录、报表打印、数据查询及回放等功能；控制系统能对电子仪表、传感器、开关电源、线性电源、气动电磁阀、PLC控制器和工控机进行供电。
根据本发明提供的一种火箭气瓶充放气自动控制方法，利用火箭气瓶充放气自动控制装置，包括：
步骤M1：气瓶氮气输入端通过管路连接气动阀门15、压力电子控制器13、单向阀14、截止阀12、过滤器11形成第一连接管路；
步骤M2：将第一连接管路与高压缓冲气瓶9、气动阀门8、截止阀7连接；
步骤M3：将气瓶氮气输出端通过管路连接过滤器17、压力电子控制器18气动阀门20、单向阀19形成第二连接管路；
步骤M4：将缓冲气瓶9与压力表10通过管路与气瓶16连接，能为气瓶提供稳定压力气流；
步骤M5：采用低压驱动气源过滤调压阀1和电磁阀2控制输入管路气动阀门8、气动阀门15的开启和闭合；
采用低压驱动气源过滤调压阀5和电磁阀6控制输出管路气动阀门20的开启和闭合；
低压驱动气源同时可以分别控制一个或者多个管路气瓶的气动阀门开启；
步骤M6：将气瓶16通过管路连接气动阀门3、旋拧阀4，实现自动和手动释放气瓶压力。
优选地，所述步骤M2包括：步骤M2.1：采用压力表10实时监控管路气体压力。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.1：将气瓶16的输入端管路连接过滤器11，输出端连接过滤器17，能有效去除管路输入和输出气体中的颗粒物杂质。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.2：将压力电子控制器13与气动阀门15管路连接，能控制气瓶16充气速率；所述步骤M3包括：步骤M3.1：将压力电子控制器18与气动阀门20管路连接，能控制气瓶16放气速率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的自动充放气试验装置及方法就是模拟其气瓶充放气过程，该装置试验过程可控，数据精确，自动化程度高，安全可靠；
2、本发明解决的技术问题是要发明一种气瓶自动控制充放气试验系统。该发明能够解决自动操作、流量控制、充放气时间控制等问题，发明的目的在于有效模拟气瓶飞行试验中充放气过程，保证火箭顺利飞行。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明气瓶充放气控制系统原理示意图。
图2是本发明气瓶充气结构示意图。
图中：
过滤调压阀1 过滤器11
低压电磁阀2 截止阀12
气动阀门3 压力电子控制器13
泄压阀4 单向阀14
过滤调压阀5 气动阀15
电磁阀6 气瓶16
截止阀7 过滤阀17
气动阀门8 气动阀18
高压缓冲气瓶9 单向阀19
压力表10 气动阀20
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-2所示，根据本发明提供的一种火箭气瓶充放气自动控制装置，包括：控制单元、氮气储罐单元、充气配气单元、气瓶组单元、单元；所述控制单元对充气配气单元进行充气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述控制单元对单元进行放弃控制；所述氮气储罐单元与充气配气单元相连；所述充气配气单元与气瓶组单元相连；所述气瓶组单元与单元相连；所述控制单元能够采集及处理压力信号；所述控制单元能够对一个或者多个气动阀体进行控制。
优选地，所述控制单元采用过滤调压阀1、低压电磁阀2、气动阀门3、泄压阀4、截止阀12、压力电子控制器13、单向阀14、气动阀15进行充气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述过滤调压阀1与低压电磁阀2相连；所述气动阀门3与泄压阀3相连；所述截止阀12、压力电子控制器13、单向阀14、气动阀15依次相连。
优选地，所述控制单元采用过滤调压阀5、电磁阀6、过滤阀17、气动阀18、单向阀19、气动阀20对气瓶组单元进行放气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；所述过滤调压阀5与电磁阀6相连；所述过滤阀17、气动阀18、单向阀19、气动阀20依次连接。
优选地，所述气瓶组单元包括：气瓶16；所述气瓶16与气动阀15、过滤阀17分别相连；所述截止阀7、气动阀门8、高压缓冲气瓶9、压力表10以及过滤器11依次连接；所述过滤器11与截止阀12连接。
优选地，所述控制单元能够控制一个或者多个管路的充放气速率。所述压力电子控制器13、气动阀18能够监控气瓶16的压力，对压力数据进行采集和分析。所述控制单元能实现现场仪器仪表的数据采集、执行器控制、状态监控和数据处理等任务；所述控制单元能实现自动测控任务，实现权限登陆、参数设定、检测状态监控、参数实时显示、系统报警、数据记录、报表打印、数据查询及回放等功能；控制系统能对电子仪表、传感器、开关电源、线性电源、气动电磁阀、PLC控制器和工控机进行供电。
具体地，在一个实施例中，如图2所示，一种气瓶自动充放气试验装置，公开了一种气瓶充气配气和系统结构示意图，具体实施了试验气瓶的充气配气和过程。该系统主要含气动阀门驱动系统、高压缓冲系统、气瓶充气配气系统、气瓶系统，试验过程为储气罐气源经过高压缓冲系统进行缓冲，通过管路进入气瓶配气系统，控制单元控制配气系统，实施气体压力和时间控制，气瓶保压后，控制单元控制单元，实施气体压力和时间控制。
本发明的第一管路至第八管路结构设计为同一原理设计；本发明的低压驱动气源上过滤调压阀1和电磁阀2以及过滤调压阀5和电磁阀6可以分别控制第一管路至第八管路气动阀门的开启和闭合；本发明的缓冲气瓶9安装在输入主管上，可以提高气瓶16多路试验气流稳定性；本发明的气瓶16顶部上设置一个气口，气口与配气管路和放气管路通过三通阀门连接；本发明的压力电子控制器13和气动阀15通过图1控制单元1输入信号值和压力电子控制器13反馈电信号，精准调节气动阀开合程度，控制充气配气气体速度；本发明的压力电子控制器18和气动阀20通过图1控制单元1输入信号值和压力电子控制其18反馈电信号，精准调节气动阀门开合程度，控制气体速度；本发明的过滤器11和过滤器17能有效去除气瓶16输入端和输出端气源内颗粒物杂质；单向阀14、单向阀19能控制气流超压,实现单向排放；气动泄压阀3和手动泄压阀4能保证系统超压自动排放和手动排放功能；本发明装置的自动化程度高，操作方便，控制精确，试验效果满足气瓶试验要求。
根据本发明提供的一种火箭气瓶充放气自动控制方法，利用火箭气瓶充放气自动控制装置，包括：步骤M1：气瓶氮气输入端通过管路连接气动阀门15、压力电子控制器13、单向阀14、截止阀12、过滤器11形成第一连接管路；步骤M2：将第一连接管路与高压缓冲气瓶9、气动阀门8、截止阀7连接；步骤M3：将气瓶氮气输出端通过管路连接过滤器17、压力电子控制器18气动阀门20、单向阀19形成第二连接管路；步骤M4：将缓冲气瓶9与压力表10通过管路与气瓶16连接，能为气瓶提供稳定压力气流；步骤M5：采用低压驱动气源过滤调压阀1和电磁阀2控制输入管路气动阀门8、气动阀门15的开启和闭合；采用低压驱动气源过滤调压阀5和电磁阀6控制输出管路气动阀门20的开启和闭合；低压驱动气源同时可以分别控制一个或者多个管路气瓶的气动阀门开启；步骤M6：将气瓶16通过管路连接气动阀门3、旋拧阀4，实现自动和手动释放气瓶压力。
优选地，所述步骤M2包括：步骤M2.1：采用压力表10实时监控管路气体压力。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.1：将气瓶16的输入端管路连接过滤器11，输出端连接过滤器17，能有效去除管路输入和输出气体中的颗粒物杂质。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.2：将压力电子控制器13与气动阀门15管路连接，能控制气瓶16充气速率；所述步骤M3包括：步骤M3.1：将压力电子控制器18与气动阀门20管路连接，能控制气瓶16放气速率。
具体地，在一个实施例中，如图1所示,一种火箭气瓶自动充放气试验方法，实现气瓶充气和放气装置自动控制，成功验证了气瓶产品质量性能，该试验系统主要由氮气储罐、充气配气、气瓶组、、控制单元组成。其具体实施步骤是氮气储罐提供试验高压气源，通过管路与充气配气、气瓶组、连接，其中控制单元控制仪表、传感器、开关电源、线性电源、电磁阀、PLC控制器和工控机电源等，同时实施管路和气瓶压力信号的采集及处理，阀体的控制动作，完成充气配气系统和系统数据处理、信息查询、故障报警、生成测试报告等功能。
控制单元能实现电子仪表、传感器、开关电源、线性电源、气动电磁阀、PLC控制器和工控机供电；
控制单元能实现充气配气和内电磁阀、气动阀门、压力电子控制器等压力、速率、时间自动设置；
图1中控制单元能独立控制第一管路至第八管路上电子控制器、压力电子控制器动作，监控第一管路至第八管路气瓶压力，对压力数据进行采集和分析；
控制单元能实现现场仪器仪表的数据采集、执行器控制、状态监控和数据处理等任务；
控制单元能实现系统自动测控任务，实现权限登陆、参数设定、检测状态监控、参数实时显示、系统报警、数据记录、报表打印、数据查询等功能。
本发明的自动充放气试验装置及方法就是模拟其气瓶充放气过程，该装置试验过程可控，数据精确，自动化程度高，安全可靠；本发明解决的技术问题是要发明一种气瓶自动控制充放气试验系统。该发明能够解决自动操作、流量控制、充放气时间控制等问题，发明的目的在于有效模拟气瓶飞行试验中充放气过程，保证火箭顺利飞行。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、单元、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、单元、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、单元、单元视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种火箭气瓶充放气自动控制装置，其特征在于，包括：控制单元、氮气储罐单元、充气配气单元、气瓶组单元、放气配气单元；
所述控制单元对充气配气单元进行充气控制；实现充气压力、速率、时间自动设置；
所述控制单元对放气配气单元进行放弃控制；
所述氮气储罐单元与充气配气单元相连；
所述充气配气单元与气瓶组单元相连；
所述气瓶组单元与放气配气单元相连；
所述控制单元能够采集及处理压力信号；
所述控制单元能够对一个或者多个气动阀体进行控制。
2.根据权利要求1所述的火箭气瓶充放气自动控制装置，其特征在于，所述控制单元采用过滤调压阀(1)、低压电磁阀(2)、气动阀门(3)、泄压阀(4)、截止阀(12)、压力电子控制器(13)、单向阀(14)、气动阀(15)进行充气控制；
所述过滤调压阀(1)与低压电磁阀(2)相连；
所述气动阀门(3)与泄压阀(4)相连；
所述截止阀(12)、压力电子控制器(13)、单向阀(14)、气动阀(15)依次相连。
3.根据权利要求2所述火箭气瓶充放气自动控制装置，其特征在于，所述控制单元采用放气配气过滤调压阀(5)、电磁阀(6)、过滤阀(17)、气动阀(18)、单向阀(19)、气动阀(20)对气瓶组单元进行放气控制；
所述过滤调压阀(5)与电磁阀(6)相连；
所述过滤阀(17)、气动阀(18)、单向阀(19)、气动阀(20)依次连接。
4.根据权利要求3所述火箭气瓶充放气自动控制装置，其特征在于，所述气瓶组单元包括：气瓶(16)；
所述气瓶(16)与气动阀(15)、过滤阀(17)分别相连；
所述截止阀(7)、气动阀门(8)、高压缓冲气瓶(9)、压力表(10)以及过滤器(11)依次连接；
所述过滤器(11)与截止阀(12)连接。
5.根据权利要求3所述火箭气瓶充放气自动控制装置，其特征在于，所述控制单元能够控制一个或者多个管路的充放气速率；
所述压力电子控制器(13)、气动阀(18)能够监控气瓶(16)的压力。
6.一种火箭气瓶充放气自动控制方法，其特征在于，利用权利要求1-5所述的火箭气瓶充放气自动控制装置，包括：
步骤M1：将气瓶氮气输入端通过管路连接气动阀门(15)、压力电子控制器(13)、单向阀(14)、截止阀(12)、过滤器(11)形成第一连接管路；
步骤M2：将第一连接管路与高压缓冲气瓶(9)、气动阀门(8)、截止阀(7)连接；
步骤M3：将气瓶氮气输出端通过管路连接过滤器(17)、压力电子控制器(18)气动阀门(20)、单向阀(19)形成第二连接管路；
步骤M4：将缓冲气瓶(9)与压力表(10)通过管路与气瓶(16)连接；
步骤M6：将压力电子控制器(13)与气动阀门(15)管路连接；将压力电子控制器(18)与气动阀门(20)管路连接；
步骤M7：采用低压驱动气源过滤调压阀(1)和电磁阀(2)控制输入管路气动阀门(8)、气动阀门(15)的开启和闭合；
采用低压驱动气源过滤调压阀(5)和电磁阀(6)控制输出管路气动阀门(20)的开启和闭合；
步骤M8：将气瓶(16)通过管路连接气动阀门(3)、旋拧阀(4)。
7.根据权利要求6所述的火箭气瓶充放气自动控制方法，其特征在于，所述步骤M2包括：
步骤M2.1：采用压力表(10)实时监控管路气体压力。
8.根据权利要求6所述的火箭气瓶充放气自动控制方法，其特征在于，所述步骤M1包括：
步骤M1.1：将气瓶(16)的输入端管路连接过滤器(11)，输出端连接过滤器(17)。
9.根据权利要求6所述的火箭气瓶充放气自动控制方法，其特征在于，所述步骤M1包括：
步骤M1.2：将压力电子控制器(13)与气动阀门(15)管路连接；
所述步骤M3包括：
步骤M3.1：将压力电子控制器(18)与气动阀门(20)管路连接。
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