CN111456867B - 一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，包括：充电电源、充电控制模块、电容储能模块和点火执行模块，所述充电电源、所述充电控制模块和所述电容储能模块串联连接，所述电容储能模块和所述点火执行模块并联连接；本公开的有益效果为采用大容量电容组作为储能器件，具有能量密度高、快速充放电的特点，可以瞬时输出数百安培的大电流，共有三级保险控制，通过串并联设计，三级控制层层解保险，既能确保火工品可靠点爆，又能防止误触发，保障安全。本公开涉及的点火装置可以根据火工品通道数量的具体需求，方便的对储能模块容量、点火通道数进行扩展，从而提供更大的瞬时输出电流，满足更多通道数火工品点火需求。

Description

一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置

技术领域

本公开涉及火工技术领域，尤其涉及一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置。

背景技术

火工品在民用和军用领域广泛应用，是一种装有炸药的小型敏感爆炸物，在航天军事领域多用于火箭或导弹发动机点火、舱段分离、战斗部引爆等。火工品点火装置能够输出一定功率的电能，将火工品的电阻桥丝加热，从而引爆点火炸药。

现有火箭火工品点火技术中，点火装置多由电池、电磁继电器等组成，一次可以完成1~4通道火工品点火，应用十分成熟。

随着火箭多台发动机并联技术的发展和应用，多台发动机同时点火对点火装置提出了新的需求。通常来说，当需要同时点爆多个通道火工品时，瞬时所需电流很大，需要采用大容量电池才能具备瞬时大电流输出能力，而采用大容量电池会大大增大系统的重量和体积，这对重量和体积有严格限制的应用场景难以满足。针对多台发动机并联、多通道火工品同时点火的应用场景，现有点火装置不能同时满足轻质小型化和瞬时大能量密度的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置。

根据本公开的一个方面，一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，包括：充电电源、充电控制模块、电容储能模块和点火执行模块，所述充电电源、所述充电控制模块和所述电容储能模块串联连接，所述电容储能模块和所述点火执行模块并联连接；

所述充电控制模块包括负载电阻和第一级保险组件，所述负载电阻的第一端与所述充电电源正极电连接，所述负载电阻的第二端与所述第一级保险组件的第一端电连接；

所述电容储能模块包括多个并联连接的电容组件，所述电容储能模块的正极与所述第一级保险组件的第二端电连接，所述电容储能模块的负极与所述充电电源的负极电连接；

所述点火执行模块包括第二级保险组件和多个并联连接的点火执行组件，所述点火执行组件包括第二级保险组件、点火控制组件和点火组件，所述第二级保险组件的第一端与所述电容储能模块的负极电连接，所述第二级保险组件的第二端与所述点火组件的第一端电连接，所述点火组件的第二端与所述点火控制组件的第一端电连接，所述点火控制组件的第二端与所述电容储能模块的正极电连接。

所述电容组件的数量与所述点火执行组件的数量相等。

具体地，所述第一级保险组件包括第一电磁继电器和第二电磁继电器，所述第一电磁继电器的行程开关和所述第二电磁继电器的行程开关并联连接，所述第一电磁继电器的电磁线圈和所述第二电磁继电器的电磁线圈并联连接，且其两端分别与电容充电控制电源电连接。

具体地，所述电容组件包括限流电阻和储能电容，所述限流电阻与所述储能电容串联连接。

进一步，所述电容储能模块还包括放电模块，所述放电模块包括放电电阻和放电控制开关，所述放电电阻的第一端与所述电容组件的正极电连接，所述放电电阻的第二端通过所述放电控制开关与所述电容组件的负极电连接。

具体地，所述放电控制开关包括第三电磁继电器和第四电磁继电器，所述第三电磁继电器的行程开关和所述第四电磁继电器的行程开关并联连接，所述第三电磁继电器的电磁线圈和所述第四电磁继电器的电磁线圈并联连接，且其两端分别与电容放电控制电源电连接。

具体地，所述第二级保险组件包括第五电磁继电器和第六电磁继电器，所述第五电磁继电器的行程开关和所述第六电磁继电器的行程开关并联连接，所述第五电磁继电器的电磁线圈和所述第六电磁继电器的电磁线圈并联连接，且其两端分别与负端带电控制电源电连接。

具体地，所述点火控制组件包括点火控制端、第一固态继电器和第二固态继电器，所述点火控制端与所述第一固态继电器的控制端和第二固态继电器的控制端电连接，所述第一固态继电器的第一端与所述电容储能模块的正极电连接，所述第一固态继电器的第二端与所述第二固态继电器的第一端电连接，所述第二固态继电器的第二端与所述点火组件电连接。

具体地，所述点火组件包括第一桥丝和第二桥丝，所述第一桥丝和所述第二桥丝均设置在火工品内，所述第一桥丝的第一端和所述第二桥丝的第一端均与所述第二固态继电器的第二端电连接，所述第一桥丝和所述第二桥丝的第二端均与所述第二级保险组件的第二端电连接。

进一步，所述点火执行组件还包括限流保护组件，所述限流保护组件串联设置在所述点火控制组件和所述点火组件之间，所述限流保护组件包括第一限流保护电阻和第二限流保护电阻，所述第一限流保护电阻的第一端和所述第二限流保护电阻的第一端均与所述第二固态继电器的第二端电连接，所述第一限流保护电阻的第二端与所述第一桥丝的第一端电连接，所述第二限流保护电阻的第二端与所述第二桥丝的第一端电连接。

一种点火方法，其特征在于：包括上述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，具体包括以下步骤：

S1、接通第一电磁继电器和第二电磁继电器对储能电容进行充电；

S2、在充电完成后，接通第五电磁继电器和第六电磁继电器，使火工品的负母线带电；

S3、根据是否收到点火指令进行选择，如果接收到点火指令，跳转至步骤S4，如果接收到放电指令，跳转步骤S7，如果未收到指令则继续等待；

S4、接受到点火指令后，通过点火控制端对第一固态继电器和第二固态继电器发送点火信号，时第一固态继电器和第二固态继电器接通；

S5、储能电容放电，第一桥丝和第二桥丝通电，引爆火工品；

S6、断开第一电磁继电器、第二电磁继电器，断开充电回路，结束流程；

S7、接通第三电磁继电器和第四电磁继电器，通过放电电阻使储能电容放电，结束流程。

根据本公开的至少一个实施方式，本公开的有益效果为：

采用大容量电容组作为储能器件，具有能量密度高、快速充放电的特点，可以瞬时输出数百安培的大电流，这种设计能够很大程度降低点火装置的重量和体积，为火箭节约宝贵的空间和重量。

本公开涉及的点火装置共有三级保险控制，通过串并联设计，三级控制层层解保险，既能确保火工品可靠点爆，又能防止误触发，保障安全。

本公开涉及的点火装置可以根据火工品通道数量的具体需求，方便的对储能模块容量、点火通道数进行扩展，从而提供更大的瞬时输出电流，满足更多通道数火工品点火需求。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置的电路结构示意图。

图2是根据本公开一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图1并结合实施方式来详细说明本公开。

本实施例中需要点火的火工品的数量为n，因此附图1中的R2……Rn的功能与R1的功能相同，C2……Cn的功能与C1的功能相同，Q21……Qn1的功能与Q11的功能相同，Q22……Qn2的功能与Q12的功能相同，R21……Rn1与R11的功能相同，R22……Rn2与R12的功能相同，点火2……点火n与点火1均为点火控制端，火工品2……火工品n为对应的火工品。

n的数量可以根据具体的情况和需求进行调整，根据调整的数量适当的在电容储能模块上并联对应的电容组件即可，同时将相应的点火执行组件连接在电容储能模块的正极和第二级保险组件的第二端即可。

下面结合图1对提供一个具体的实施例，本实施例中火工品的数量为n。

一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，包括：充电电源、充电控制模块、电容储能模块和点火执行模块，充电电源、充电控制模块和电容储能模块串联连接，电容储能模块和点火执行模块并联连接。

对各个模块进行分别的结构描述与功能描述。

充电控制模块：

充电控制模块包括负载电阻Rc和第一级保险组件，负载电阻Rc的第一端与充电电源正极电连接，负载电阻Rc的第二端与第一级保险组件的第一端电连接；第一级保险组件包括第一电磁继电器K1和第二电磁继电器K2，第一电磁继电器K1的行程开关和第二电磁继电器K2的行程开关并联连接，第一电磁继电器K1的电磁线圈和第二电磁继电器K2的电磁线圈并联连接，且其两端分别与电容充电控制电源电连接。

充电电源为外部电池，其为充电控制模块的能源输入，第一电磁继电器K1和第二电磁继电器K2能够接收外部控制信号，接通充电回路，将充电电源的供电输出到电容储能模块，K1、K2采用单路控制、并联接通，能够确保充电回路可靠接通，即使K1或K2中的某一个开关出现故障，也能够保证正常连通。

电容充电控制电源为向电磁继电器输入控制信号的装置，其可以根据具体的结构进行调整，本领域的技术人员能够掌握对电磁继电器进行控制的技术。

电容储能模块

电容储能模块包括多个并联连接的电容组件和放电模块，电容储能模块的正极与第一级保险组件的第二端电连接，电容储能模块的负极与充电电源的负极电连接；电容组件包括限流电阻R1和储能电容C1，限流电阻R1与储能电容C1串联连接。

放电模块包括放电电阻Rf和放电控制开关，放电电阻Rf的第一端与电容组件的正极电连接，放电电阻Rf的第二端通过放电控制开关与电容组件的负极电连接，放电控制开关包括第三电磁继电器K3和第四电磁继电器K4，第三电磁继电器K3的行程开关和第四电磁继电器K4的行程开关并联连接，第三电磁继电器K3的电磁线圈和第四电磁继电器K4的电磁线圈并联连接，且其两端分别与电容放电电控制电源电连接。

该模块包含多个电容组件和放电模块，当充电控制模块接通后，储能电容C1、C2……Cn充电，限流电阻R1、R2……Rn可以限制充电电流，避免因充电电流过大造成充电电源损坏。在特殊情况下，需要对储能电容C1、C2……Cn进行放电时，可以控制第三电磁继电器K3和第四电磁继电器K4接通，接通放电回路，将电容组件的电量释放，确保安全。

K3、K4采用单路控制、并联接通，能够确保放电回路可靠接通，即使K3或K4中的某一个开关出现故障，也能够保证正常连通。

电容放电控制电源为向电磁继电器输入控制信号的装置，其可以根据具体的结构进行调整，本领域的技术人员能够掌握对电磁继电器进行控制的技术。

点火执行模块

点火执行模块包括多个并联连接的点火执行组件，点火执行组件包括第二级保险组件、点火控制组件、限流保护组件和点火组件，第二级保险组件的第一端与电容储能模块的负极电连接，第二级保险组件的第二端与点火组件的第一端电连接，点火组件的第二端与点火控制组件的第一端电连接，点火控制组件的第二端与电容储能模块的正极电连接。

第二级保险组件包括第五电磁继电器K5和第六电磁继电器K6，第五电磁继电器K5的行程开关和第六电磁继电器K6的行程开关并联连接，第五电磁继电器K5的电磁线圈和第六电磁继电器K6的电磁线圈并联连接，且其两端分别与负端带电控制电源电连接。

该模块执行点火指令，在点火前提前接通火工品负母线第二级保险组件，即第五电磁继电器K5和第六电磁继电器K6，由于负母线电流较大，因此需要使用大电流电磁继电器，两个继电器并联接通可以提高回路可靠性。

K5、K6采用单路控制、并联接通，能够确保电路可靠接通，即使K5或K6中的某一个开关出现故障，也能够保证正常连通。

负端带电控制电源为向电磁继电器输入控制信号的装置，其可以根据具体的结构进行调整，本领域的技术人员能够掌握对电磁继电器进行控制的技术。

点火控制组件包括点火控制端、第一固态继电器Q11和第二固态继电器Q12，点火控制端与第一固态继电器Q11的控制端和第二固态继电器Q12的控制端电连接，第一固态继电器Q11的第一端与电容储能模块的正极电连接，第一固态继电器Q11的第二端与第二固态继电器Q12的第一端电连接，第二固态继电器Q12的第二端与点火组件电连接。

当点火控制端，即图中的点火1、点火2……点火n有效时，第一固态继电器Q11、Q21……Qn1和第二固态继电器Q12、Q22……Qn2接通，同时引爆1、2……n通道火工品时，每个点火通道由两个固态继电器串联控制，能够有效降低因固态继电器故障造成误点火的可能。

点火组件包括第一桥丝和第二桥丝，第一桥丝和第二桥丝均设置在火工品内，第一桥丝的第一端和第二桥丝的第一端均与第二固态继电器Q12的第二端电连接，第一桥丝和第二桥丝的第二端均与第二级保险组件的第二端电连接。

火箭上火工品多为双桥丝，点火电压一般为28伏，单桥丝点火电流5安培~10安培，因此单通道火工品点火需要电流为10安培~20安培，同时引爆n通道火工品所需电流为10n安培~20n安培。例如：对于9台发动机并联火箭，1台发动机有2通道火工品，18通道火工品同时点火瞬时所需电流为180安培~360安培。

通过接通储能电容C1瞬间释放大电流，从而通过桥丝实现点火操作。同时，本领域的技术人员可以根据电压和电流的需求对储能电容C1进行相应的选择，为所属领域的现有技术，不需要付出创造性的劳动，本公开中不对其进行限定。

限流保护组件包括第一限流保护电阻R11和第二限流保护电阻R12，第一限流保护电阻R11的第一端和第二限流保护电阻R12的第一端均与第二固态继电器Q12的第二端电连接，第一限流保护电阻R11的第二端与第一桥丝的第一端电连接，第二限流保护电阻R12的第二端与第二桥丝的第一端电连接。

第一限流保护电阻R11、R21……Rn1和第二限流保护电阻R12、R22……Rn2可以起到负载的作用，防止火工品点爆后短路，对线路造成损害。

下面根据图2对本装置的工作流程进行进一步说明：

本发明涉及的点火装置共有三级保险控制，分别为第一级保险组件、第二级保险组件和点火控制组件，三级控制层层解保险，既能确保火工品可靠点爆，又能防止误触发，保障安全。

S1、接通第一电磁继电器和第二电磁继电器对储能电容C1进行充电（通过第一级保险组件实现对本装置的一级保险控制）。

S2、在充电完成后，接通第五电磁继电器和第六电磁继电器，使火工品的负母线带电（通过第二级保险组件实现对本装置的二级保险控制）。

S3、根据是否收到点火指令进行选择，如果接收到点火指令，跳转至步骤S4，如果接收到放电指令，跳转步骤S7，如果未收到指令则继续等待。

S4、接收到点火指令后，通过点火控制端（即点火1、点火2……点火n）对第一固态继电器Q11和第二固态继电器Q12发送点火信号，使第一固态继电器Q11和第二固态继电器Q12接通（通过点火控制组件实现对本装置的三级保险控制）。

S5、储能电容C1放电，第一桥丝和第二桥丝通电，引爆火工品。

S6、断开第一电磁继电器、第二电磁继电器，断开充电回路，结束流程。

S7、接通第三电磁继电器和第四电磁继电器，通过放电电阻Rf使储能电容C1放电，结束流程。

本公开的有益效果包括：

本公开涉及的点火装置采用大容量电容组作为储能器件，具有能量密度高的特点，可以大大降低点火装置的重量和体积，为火箭节约宝贵的空间和重量。此外，根据需要点爆火工品通道数的具体需求，可以方便的对电容组件进行扩展，提供更大的瞬时输出电流，满足更多通道数火工品点火需求。

轻质小型化点火装置实现瞬时百安培级大电流输出，对于多通道火工品同时点火的应用需求，其特点是瞬时需要数百安培大电流，持续时间短，且后续不会立即再次工作。对于这种工作方式，若采用常规电池作为点火能源，存在体积重量大、经济性差的问题。本公开的点火装置能以外部轻量级电池作为电能来源，采用储能电容C1组实现快速充放电，可以瞬时输出大电流用于火工品点火，具有体积小、质量轻的特点。

三级保险实现高可靠点火控制，点火装置的高可靠性不仅涉及产品安全，更关乎现场人员的生命安全。既要实现可靠点火，又必须杜绝误点火。本公开涉及的点火装置共有三级保险，第一级为电容充电控制，只有电容充电完成，才能储备点火所需电能；第二级为火工品负母线带电，火工品负母线不带电，则火工品回路不能接通，不具备点火通路；第三级为点火指令，当电容组充电完成、负母线带电之后，点火指令有效后才能完成火工品点火。通过三级点火控制，形成串并联结构，具备高可靠性的特点。

功能易扩展和适应性强的特点，本公开涉及的点火装置采用模块化设计，由充电控制模块、电容储能模块、点火执行模块组成，各模块相互独立，可以方便对模块功能进行扩展，调节充电速度、储能容量、点火通道数，以适应不同的应用场景和应用需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，包括：充电电源、充电控制模块、电容储能模块和点火执行模块，所述充电电源、所述充电控制模块和所述电容储能模块串联连接，所述电容储能模块和所述点火执行模块并联连接；

所述充电控制模块包括负载电阻和第一级保险组件，所述负载电阻的第一端与所述充电电源正极电连接，所述负载电阻的第二端与所述第一级保险组件的第一端电连接；

所述电容储能模块包括多个并联连接的电容组件，所述电容储能模块的正极与所述第一级保险组件的第二端电连接，所述电容储能模块的负极与所述充电电源的负极电连接；

所述点火执行模块包括第二级保险组件和多个并联连接的点火执行组件，所述点火执行组件包括点火控制组件和点火组件，所述第二级保险组件的第一端与所述电容储能模块的负极电连接，所述第二级保险组件的第二端与所述点火组件的第一端电连接，所述点火组件的第二端与所述点火控制组件的第一端电连接，所述点火控制组件的第二端与所述电容储能模块的正极电连接；

所述电容组件的数量与所述点火执行组件的数量相等；

所述点火控制组件包括点火控制端、第一固态继电器和第二固态继电器，所述点火控制端与所述第一固态继电器的控制端和第二固态继电器的控制端电连接，所述第一固态继电器的第一端与所述电容储能模块的正极电连接，所述第一固态继电器的第二端与所述第二固态继电器的第一端电连接，所述第二固态继电器的第二端与所述点火组件电连接。

2.如权利要求1所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述第一级保险组件包括第一电磁继电器和第二电磁继电器，所述第一电磁继电器的行程开关和所述第二电磁继电器的行程开关并联连接，所述第一电磁继电器的电磁线圈和所述第二电磁继电器的电磁线圈并联连接，且其两端分别与电容充电控制电源电连接。

3.如权利要求2所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述电容组件包括限流电阻和储能电容，所述限流电阻与所述储能电容串联连接。

4.如权利要求3所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述电容储能模块还包括放电模块，所述放电模块包括放电电阻和放电控制开关，所述放电电阻的第一端与所述电容组件的正极电连接，所述放电电阻的第二端通过所述放电控制开关与所述电容组件的负极电连接。

5.如权利要求4所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述放电控制开关包括第三电磁继电器和第四电磁继电器，所述第三电磁继电器的行程开关和所述第四电磁继电器的行程开关并联连接，所述第三电磁继电器的电磁线圈和所述第四电磁继电器的电磁线圈并联连接，且其两端分别与电容放电控制电源电连接。

6.如权利要求5所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述第二级保险组件包括第五电磁继电器和第六电磁继电器，所述第五电磁继电器的行程开关和所述第六电磁继电器的行程开关并联连接，所述第五电磁继电器的电磁线圈和所述第六电磁继电器的电磁线圈并联连接，且其两端分别与负端带电控制电源电连接。

7.如权利要求6所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述点火组件包括第一桥丝和第二桥丝，所述第一桥丝和所述第二桥丝均设置在火工品内，所述第一桥丝的第一端和所述第二桥丝的第一端均与所述第二固态继电器的第二端电连接，所述第一桥丝和所述第二桥丝的第二端均与所述第二级保险组件的第二端电连接。

8.如权利要求7所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，其特征在于，所述点火执行组件还包括限流保护组件，所述限流保护组件串联设置在所述点火控制组件和所述点火组件之间，所述限流保护组件包括第一限流保护电阻和第二限流保护电阻，所述第一限流保护电阻的第一端和所述第二限流保护电阻的第一端均与所述第二固态继电器的第二端电连接，所述第一限流保护电阻的第二端与所述第一桥丝的第一端电连接，所述第二限流保护电阻的第二端与所述第二桥丝的第一端电连接。

9.一种点火方法，其特征在于：包括如权利要求8所述的一种适用于多通道火工品同时点爆的点火装置，具体包括以下步骤：

S1、接通第一电磁继电器和第二电磁继电器对储能电容进行充电；

S2、在充电完成后，接通第五电磁继电器和第六电磁继电器，使火工品的负母线带电；

S3、根据是否收到点火指令进行选择，如果接收到点火指令，跳转至步骤S4，如果接收到放电指令，跳转步骤S7，如果未收到指令则继续等待；

S4、接收到点火指令后，通过点火控制端对第一固态继电器和第二固态继电器发送点火信号，使第一固态继电器和第二固态继电器接通；

S5、储能电容放电，第一桥丝和第二桥丝通电，引爆火工品；

S6、断开第一电磁继电器、第二电磁继电器，断开充电回路，结束流程；

S7、接通第三电磁继电器和第四电磁继电器，通过放电电阻使储能电容放电，结束流程。

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