CN113280693A - 导弹直列式点火装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种导弹直列式点火装置及其运行方法，由EMI滤波模块、内部电源、高压电源、升压控制模块、高压检测反馈模块、高压储能模块、引爆开关组、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块组成。本发明实现了对导弹战斗部的高压点火、解保及引爆条件的集成检测以及整体轻量化、小型化设计，为新型预研导弹提供一种可工程化应用的小体积高压点火方案。
Description
技术领域
本发明涉及点火装置技术领域，具体涉及一种导弹直列式点火装置及其运行方法。
背景技术
点火装置作为导弹系统安全与可靠的关键部件，同时也是最敏感的部件，特别容易受到力学及各种电磁环境因素干扰。为了保证导弹生存能力和战斗能力的发挥，在各种恶劣环境条件下，一方面要求在安全状态下(生产、测试、发射准备等预期发射前)能有效防止对战斗部误点火，另一方面要求在战斗状态下(发射后)能保证为火工品提供足够的点火能量(同时满足点火电压与点火电流要求)。多年以来，随着理论与技术水平的提升，人们先后通过采用可靠的安全机构、采用纯感火工品与采用新的点火方式来提高点火系统的安全性。可靠的安全机构以及纯感火工品等传统点火方式由于其发火条件仍然属于低压小电流，虽然安全性越来越高，但仍然多次发生过意外爆炸事故，而且在面对未来更加恶劣的电磁环境时安全性越来越无法满足要求。一些新的点火方式，如现有的高压点火系统和方案，一方面其体积重量过大，不能适应现在导弹小型化轻量化的发展需求；另一方面其功能过于单一，将大量的解保及引爆条件检测交给额外的敏感装置与点火控制系统去做，与现在导弹模块化集成化的发展趋势相悖，并且增加了额外的解保及引爆条件传递时间，一定程度上限制了导弹发生碰撞时引爆战斗部的速度，对导弹战斗力有一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的是现有点火装置所存在的不足，提供一种导弹直列式点火装置及其运行方法。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
导弹直列式点火装置，由EMI滤波模块、内部电源、高压电源、升压控制模块、高压检测反馈模块、高压储能模块、引爆开关组、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块组成；
EMI滤波模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的低压直流供电口；EMI滤波模块的输出端与高压电源、内部电源、升压控制模块以及驱动模块的输入端相连；
高压电源的高压直流输出端连接高压储能模块的输入端；高压电源的高压反馈输出端连接高压检测反馈模块的输入端，并作为导弹直列式点火装置对外的高压检测口；
高压储能模块的输出正端与起爆开关组的输入端连接，输出负端直接作为导弹直列式点火装置对外的火工品安装口与火工品检测口的负端；
起爆开关组的输出端与驱动模块的驱动负端连接，并作为导弹直列式点火装置对外的火工品安装口与火工品检测口的正端；引爆开关组的控制端与驱动模块的驱动正端连接；
内部电源的输出端与升压控制模块、高压检测反馈模块、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块的供电输入端连接；
转电模块的功率端作为导弹直列式点火装置对外的转电接口；
初始状态检查输出模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的初始信号口，初始状态检查输出模块的输出端作为导弹直列式点火装置对外的安检状态信号口；
开关量信号输入输出模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的开关量信号口；拟量信号输入输出模块的输出端作为导弹直列式点火装置对外的自检状态信号口；
遥测输出模块的第一输出端作为导弹直列式点火装置对外的解除保险遥测信号口，遥测输出模块的第二输出端作为导弹直列式点火装置对外的信息量遥测信号口；
工作模式检测模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的测试电源及工作模式插头；
弹射状态检测模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的轴向加速度信号口；
碰撞状态检测模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的轴向加速度、横向加速度和纵向加速度信号口；
升压控制模块、驱动模块、转电模块、遥测输出模块的控制端与主控模块的I/O口连接；初始状态检查输出模块的、开关量信号输入输出模块的控制及检测端与主控模块的I/O口连接；工作模式检测模块的输出端与主控模块的I/O口连接；高压检测反馈模块的输出端与主控模块的AD口连接；弹射状态检测模块和碰撞状态检测模块的输出端分别与主控模块的AD及I/O口连接。
上述方案中，主控模块由各主控制器为1个可编程逻辑器件加1个微处理器的双核基本模式、1个可编程逻辑器件加2个微处理器的三核冷备份模式或3个微处理器的三核冗余模式。
上述方案中，引爆开关组由固态功率开关构成，其为高压脉冲功率开关MCT或为SCR芯片串并组合及均压布置后再气密封装后的固态开关组。
上述导弹直列式点火装置的运行方法，其工作过程如下：
EMI滤波模块对外部输入的低压直流供电电源与高压电源、内部电源、升压控制模块以及驱动模块之间的双向EMI高频信号传导路径进行隔离，并对EMI高频信号的空间辐射进行屏蔽；
高压电源由主控模块通过升压控制模块来控制是否使能高压直流电输出，在输出使能时将低压直流隔离转换成高压直流电，给高压储能模块充电；
高压储能模块实现高压能量储存，在点火时将能量释放给火工品；
引爆开关组控制高压能量的释放，由主控模块通过驱动模块来实现控制；
主控模块通过初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、高压检测反馈模块、工作模式检测模块、弹射状态检测模块以及碰撞状态检测模块来实现解保及引爆条件进行检测，然后按设定的程序进行判断，并通过转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块及升压控制模块来输出解保动作及信号，通过驱动模块来执行引爆动作。
上述主控模块按设定的程序进行判断的具体工作过程如下：
1)初始状态检查：检查点火装置是否处于安全状态，其至少包括转电回路断开、高压储能模块未充电和初始状态正常三个条件，安全状态检测后输出正常或异常状态信息；
2)上电自检：在预定自检时间门限t1内检查主控模块及其各功能模块的初始化是否顺利且通信是否正常、以及各对外接口状态正常，并输出正常或异常状态信息；
3)一级保险判断及解除：主控模块通过弹射状态检测模块实时监测弹射加速度；当其弹射加速度低于或等于弹射出筒加速度下限a11时，表明导弹在发射筒内；当弹射加速度会高于弹射出筒加速度上限a12且持续时间超过弹射出筒加速度持续时间门限t11时，表明导弹弹射出发射筒；主控模块通过检测弹射加速度及持续时间来判断是否解除一级保险；一级保险成功解除后输出遥测信号通知导弹系统接通发动机点火保险电路，并启动顺序解保窗口计时来对二级解保与三级解保的时效性进行限定；
4)二级保险判断及解除：主控模块通过弹射状态检测模块实时监测弹射加速度；弹射加速度低于或等于发动机点火加速度下限a21时，表明导弹处于发动机点火前；当弹射加速度超过发动机点火加速度上限a22并一直持续时，表明导弹处于发动机点火后；在二级解保窗口时间门限t21内，当导弹发动机点火产生的弹射加速度持续时间超过安全距离飞行时间门限t22时，认为导弹已经飞行了足够的安全距离；二级保险成功解除后输出遥测信号通知导弹系统，并设置二级解除标志对三级解保的顺序进行限定；如果超出二级解保窗口时间门限t21还没有完成二级解保，则导弹直列式点火装置必须系统复位，恢复初始状态；
5)三级保险判断及解除：主控模块检测到开关量信号输入输出模块输入的导弹直列式点火装置下发的计时起点信号后进行确认时间计时累计；如果在三级解保窗口时间门限t31内，并且二级保险已经解除，则延期计时达到三级解保确认时间门限t32后判定满足三级保险解除条件；三级保险成功解除后输出遥测信号通知导弹系统；如果超出三级解保窗口时间门限t31还没有完成三级解保，或者延期计时达到三级解保时间门限t32却没有完成二级解保，均判定三级解保失败，导弹直列式点火装置必须系统复位，恢复初始状态；
6)高压充能：一级保险、二级保险及三级保险按照顺序依次解除成功后即二级保险解除标志和三级保险解除标志有效，且终止标志未被置位，主控模块通过升压控制模块使能高压电源输出高压直流电，给高压储能模块充能，并实时监测充能电压，在充能完成后输出信息量遥测信号；
7)高压放电保险判断及解锁：导弹直列式点火装置高压充能成功后即进入准备战斗状态，需要导弹系统根据战场数据下达最后的高压放电解锁指令，导弹直列式点火装置检测到有效高压放电解锁指令后则判定满足高压放电保险解除条件，进行高压放电解保，并启动高压放电解保窗口时间计时；
8)引爆条件判断：在高压放电解保窗口时间内即高压放电解保窗口计时时间低于或等于高压放电解保窗口时间门限t2，主控模块检测到有效引爆指令则判断满足主动战斗引爆条件，检测到有效自毁指令则判断满足主动自毁引爆条件，若检测到碰撞加速度超过碰撞加速度上限a1，则判断满足提前碰撞引爆条件；引爆条件判断后输出对应的遥测信号；如果超出高压放电解保窗口时间即高压放电解保窗口计时时间高于高压放电解保窗口时间门限t2后仍不满足引爆条件，必须系统复位，恢复初始状态；
9)引爆火工品：在满足引爆条件后，主控模块通过驱动模块控制引爆开关组接通，将高压储能模块储存的高压能量以高能电脉冲形式释放给火工品，引爆火工品，完成导弹战斗部点火。
上述步骤3中，一级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤1a)：判断是否为模飞模式：在模飞模式下，直接跳到步骤1c)；否则，进入步骤1b)；
步骤1b)：检测弹射加速度：若弹射加速度低于或等于弹射出筒加速度下限a11，则跳转到步骤1d)；否则，判断弹射加速度是否高于弹射出筒加速度上限a12：若不是，则跳转到步骤1d)；否则，进入步骤1c)；
步骤1c)：弹射出筒加速度持续时间计时累计，判断弹射出筒加速度持续时间是否超过弹射出筒加速度持续时间门限t11：若超过，则判断一级保险解除成功，设置一级解除标志，返回主流程，进行一级保险成功解除后的操作；否则，进入步骤1d)；
步骤1d)：清除一级解除标志并返回步骤1a)。
上述步骤4中，二级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤2a)：判断是否为模飞模式：在模飞模式下，直接跳到步骤2c)；否则，进入步骤2b)；
步骤2b)：检测弹射加速度：若弹射加速度低于发动机点火加速度下限a21，则跳转到步骤2e)；否则，判断弹射加速度是否高于发动机点火加速度上限a22：若不是则跳转到步骤2e)；否则，进入步骤2c)；
步骤2c)：发动机点火加速度持续时间计时累计，判断本流程是否在二级解保窗口时间门限t21内：若顺序解保窗口计时未超过二级解保时间窗口门限t21，则进入步骤2d)，否则，判定二级解保失败，清除二级解除标志后返回主流程；
步骤2d)：判断点火加速度持续时间是否超过安全距离飞行时间门限t22：若超过，则判定二级保险解除成功，设置二级解除标志，返回主流程；否则，进入步骤2f)；
步骤2e)：对点火加速度累计时间清零，然后进入步骤2f)；
步骤2f)：清除二级解除标志并返回步骤2a)。
上述步骤5中，三级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤3a)：检测判断计时起点信号是否有效：若无效，则清除计时标志后进入步骤3c)；否则，进入步骤3b)；
步骤3b)：设置计时标志并进行三级解保延期时间计时累计后进入步骤3c)；
步骤3c)：判断本流程是否在三级解除窗口时间内：若顺序解保窗口计时未超过三级解保时间窗口门限t31，则进入步骤3d)，否则判定三级解保失败，清除三级解除标志后返回主流程；
步骤3d)：判断三级解保延期时间计时是否超过三级解保确认时间t32：若三级解保延期时间计时超过三级解保确认时间t32，且二级解除标志无效，则设置终止标志后再设置三级解除标志后返回主流程；否则，直接设置三级解除标志后返回主流程；若三级解保延期时间计时未超过三级解保确认时间t32，则进行延时等待后判断计时标志是否有效：若延时后计时标志有效，则进入步骤3b)；否则，返回步骤3a)。
上述方法中，预定自检时间导弹直列式点火装置门限t1、弹射出筒加速度下限a11、弹射出筒加速度上限a12、弹射出筒加速度持续时间门限t11、发动机点火加速度下限a21、发动机点火加速度上限a22、二级解保窗口时间门限t21、安全距离飞行时间门限t22、三级解保窗口时间门限t31、三级解保确认时间门限t32、高压放电解保窗口时间门限t2、以及碰撞加速度上限a1在导弹直列式点火装置中预先设定。
与现有技术相比，本发明实现了对导弹战斗部的高压点火、解保及引爆条件的集成检测以及整体轻量化、小型化设计，为新型预研导弹提供一种可工程化应用的小体积高压点火方案。由于采用了可检测导弹实际工作状态的解保与引爆条件检测电路，并由双核及双核以上架构的主控模块严格按工作时序进行解保与引爆条件判断，具有很高的工作可靠性。由于采用了将解保与引爆条件检测电路集成设计的方法，减少了与外部系统的通信及确认时间，具有很高的集成度及点火响应(特别是提前击中目标时的点火响应)速度。由于采用了集成化电路模块、高频脉冲高压电源、固态开关组等小型化设计手段，具有明显的体积小、重量轻的优点。由于采用了固态引爆开关组，具有很高的点火寿命，解决了点火装置装机产品只能采信同批次产品测试、试验数据的问题。
附图说明
图1为导弹直列式点火装置的原理框图；
图2为导弹直列式点火装置的工作流程图；
图3为一级保险解除条件判断流程图；
图4为二级保险解除条件判断流程图；
图5为三级保险解除条件判断流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。
参见图1，一种具备解保及引爆条件检测能力的导弹直列式点火装置，主要由EMI滤波模块、内部电源、高压电源、升压控制模块、高压检测反馈模块、高压储能模块、引爆开关组、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块组成。上述所有功能模块及电路组装在一个壳体中，构成一个密闭的屏蔽腔体。
EMI滤波模块的输入端IN+、IN-与外部输入的低压直流供电电源相连；EMI滤波模块的输出端OUT+、OUT-与高压电源、内部电源、升压控制模块以及驱动模块的输入端IN+、IN-相连。
高压电源的高压直流输出端OUT+、OUT-连接高压储能模块的输入端IN+、IN-；高压电源的高压反馈输出端FD、OUT-连接高压检测反馈模块的输入端IN+、IN-，并作为点火装置对外的高压反馈信号FD+、FD-引出。
高压储能模块的输出正端OUT+与起爆开关组的输入端IN连接，输出负端OUT-直接对外引出，作为点火装置的火工品安装口的负端HGP-与火工品检测口的负端HGPJC-。
起爆开关组的输出端OUT对外引出为火工品安装口的正端HGP+与火工品检测口的正端HGPJC+，对内作为控制信号CTR的参考端与驱动模块的驱动负端DRV-连接。引爆开关组由固态功率开关构成，从轻量化及小体积角度考虑，有两种具体的开关结构：一种是专用于高压脉冲功率控制但价格昂贵的MOS控制晶闸管MCT，另一种是将常规SCR芯片串并组合及均压布置后再气密封装后的固态开关组。驱动模块根据具体引爆开关组结构对应配置。引爆开关组同时具备四个关键技术特点：一是截止电压高，确保关断时隔断高压储能模块与火工品；二是dI/dt指标高，能承受10kA/us以上宽度在1us以内的脉冲电流；三是开关动作可控，主控模块可通过驱动模块控制引爆开关组接通或断开；四是开关寿命充裕，可以满足生产、试验及相关测试工作需要，带载寿命不低于1000次。
上述起爆开关组方案中，当使用MCT结构时，驱动模块通过DRV+与DRV-给MCT的门极G提供相对于MCT的阴极K不低于该MCT开通门限的正驱动电压(不同厂家的该指标不完全一致，按要求调整电压值即可)，即可控制MCT型起爆开关组接通；当驱动电压为低于该MCT关断门限的负驱动电压(不同厂家的该指标不完全一致，按要求调整电压值即可)，即可控制MCT型起爆开关组关断。
上述起爆开关组方案中，当使用SCR串并结构时，是将各SCR的阳极A与阴极K首尾依次连接，并在各SCR的阳极A与阴极K间并联均压电阻R，形成串并组态，以提高开关组的耐压值。各SCR应通过筛选手段保证参数基本一致，且并联的均压电阻R取值要高度一致，确保均压效果，均压电阻R取值要根据高压点火火工品能承受的漏电流上限与均压指标进行折中。在SCR串并开关组中，每只SCR的门极G与阴极K都需要作为控制端引出。同时，驱动模块需要为每只SCR提供一组DRV+与DRV-信号，各SCR的门极G、阴极K分别与驱动模块对应组别的DRV+与DRV-连接。驱动模块的各组DRV+、DRV-之间同步输出(指令同步的方法有大量业界资料可查，在此不详述)不低于该SCR门极触发电压(不同厂家的该指标不完全一致，按要求调整电压值即可)的正电压脉冲，即可控制SCR型起爆开关组接通。SCR型起爆开关组在高压储能模块的能量释放结束后会自行关闭。
上述起爆开关组方案中，只有在价格敏感且对体积、重量的要求不高时，才选用SCR开关结构，一般情况下都推荐构型、驱动控制都相对简单的MCT开关结构。
内部电源的输出端OUT与升压控制模块、高压检测反馈模块、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块的供电输入端PWR连接。
升压控制模块的控制端CTR与主控模块的I/O口连接。
高压检测反馈模块的输出端OUT与主控模块的AD口连接。
驱动模块的控制端CTR与主控模块的I/O口连接，驱动模块的驱动端DRV+与引爆开关组的控制端CTR连接。
转电模块的功率端ZD+、ZD-与外部的转电接口连接，控制端CTR与主控模块的I/O口连接。
初始状态检查输出模块的输入端IN输入外部初始状态信号，输出端OUT对外输出安检状态信号，控制及检测端I/O与主控模块的I/O口连接。
开关量信号输入输出模块的输入端IN与外部高压放电解锁指令、自毁指令、起爆指令以及延期保险计时零点信号等相连，输出端OUT对外输出自检状态等信号，控制及检测端I/O与主控模块的I/O口连接。
遥测输出模块的输出端OUT1对外输出解除保险相关遥测信号，输出端OUT2对外输出信息量相关遥测信号，控制接口CTR与主控模块的I/O口连接。
工作模式检测模块的输入端IN与测试电源及工作模式插头连接，输出端OUT与主控模块的I/O口连接。
弹射状态检测模块以导弹轴向加速度为输入信号，输出端OUT分别与主控模块的AD及I/O口连接。
碰撞状态检测模块以导弹轴向加速度、横向加速度及纵向加速度为输入信号，输出端OUT分别与主控模块的AD及I/O口连接。
本导弹直列式点火装置的主控模块通过供电端PWR获取二次电源，通过I/O控制上述相关模块工作或读取上述相关模块处理后的状态信号，通过AD口获取上述相关模块处理后的模拟电压信号。主控模块由各主控制器的最小系统及信息共享电路组成，适用的具体组成架构有1个可编程逻辑器件(FPGA或CPLD)加1个微处理器(DSP或MCU)的双核基本模式、1个可编程逻辑器件(FPGA或CPLD)加2个微处理器(DSP或MCU)的三核冷备份模式以及3个微处理器(DSP或MCU)的三核冗余模式。
本发明采用主控模块与各功能模块组合的方式将解保与引爆条件检测能力集成在直列式点火装置内，并使用主控模块对高压隔离变换、高压充能及引爆开关组进行充能与引爆控制及相关状态监测，可提高点火装置的安全性与响应速度，降低点火系统的发火敏感度及点火延迟，具有工作可靠性高、点火实时性好、体积小和重量轻等特点。
上述具备解保及引爆条件检测能力的导弹直列式点火装置的运行方法，其工作过程如下：
EMI滤波模块对外部输入的低压直流供电电源与高压电源、内部电源、升压控制模块以及驱动模块等之间的双向EMI高频信号传导路径进行隔离，并对EMI高频信号的空间辐射进行屏蔽。
高压电源由主控模块通过升压控制模块来控制是否使能高压直流电输出，在输出使能时将低压直流隔离转换成高压直流电，给高压储能模块充电。高压电源采用多组输出共用磁芯并串联升压的方式，避免超高压大体积整流二极管的使用，有效减小高压电源的体积与重量。
高压储能模块实现高压能量储存，在点火时将能量释放给火工品。
引爆开关组控制高压能量的释放，由主控模块通过驱动模块来实现控制。
主控模块通过初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、高压检测反馈模块、工作模式检测模块、弹射状态检测模块以及碰撞状态检测模块来实现解保及引爆条件进行检测，然后按设定的程序进行判断，并通过转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块及升压控制模块来输出解保动作及信号，通过驱动模块来执行引爆动作。
参见图2，主控模块解保、引爆条件检测判断及解保、引爆遥测信息输出与动作执行，其具体工作过程如下：1)初始状态检查。初始状态检查是为了确保点火装置处于安全状态，至少包括转电回路断开、高压储能模块未充电、初始状态正常三个条件。初始状态检测后需要输出正常或异常状态信息。初始状态检测是关乎点火装置安全的必要条件，必须在检测结果正常后才能进入后续流程。
2)上电自检。上电自检是为了确保主控模块的各主控制器初始化顺利并通信正常、确保各传感器功能正常、确保各关键接口状态正常。上电自检后需要输出正常或异常状态信息。为保证导弹系统工作正常，点火装置应该在预定自检时间门限t1范围内自检正常，否则必须系统复位，恢复初始状态。
3)一级保险判断及解除。一级保险用于对导弹发动机点火电路(该电路接通时发动机才能点火，受导弹系统控制，不在本点火装置内部)进行保险。在工作状态下，需要检测到导弹被弹射出发射筒后才能解除一级保险，避免导弹发动机意外点火。主控模块通过弹射状态检测模块实时监测弹射加速度。导弹在发射筒内其弹射加速度会低于弹射出筒加速度下限a11，而弹射出发射筒后其弹射加速度会高于弹射出筒加速度上限a12且持续时间会超过弹射出筒加速度持续时间门限t11。主控模块通过检测弹射加速度的值及持续时间来判断是否解除一级保险。为方便产品测试，点火装置在模飞模式下通过忽略弹射加速度值来简化一级解保条件。一级保险成功解除后输出遥测信号(该信号用于通知导弹系统接通发动机点火保险电路)，并启动顺序解保窗口计时(该计时时间用于对二级解保与三级解保的时效性进行限定)。
参见图3，一级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤1a)：判断是否为模飞模式：在模飞模式下，直接跳到步骤1c)；否则，进入步骤1b)；
步骤1b)：检测弹射加速度：若弹射加速度低于或等于弹射出筒加速度下限a11，则跳转到步骤1d)；否则，判断弹射加速度是否高于弹射出筒加速度上限a12：若不是，则跳转到步骤1d)；否则，进入步骤1c)；
步骤1c)：弹射出筒加速度持续时间计时累计，判断弹射出筒加速度持续时间是否超过弹射出筒加速度持续时间门限t11：若超过，则判断一级保险解除成功，设置一级解除标志，返回主流程，进行一级保险成功解除后的操作；否则，进入步骤1d)；
步骤1d)：清除一级解除标志并返回步骤1a)。
4)二级保险判断及解除。二级保险用于对导弹飞行距离进行保险，确保火工品不在安全区域内被点火。导弹发动机点火后，会对导弹产生持续的推力。在工作状态下，需要检测到导弹发动机点火并飞行一定的安全距离后才能解除二级保险，避免安全距离不足对导弹操作人员进行误伤。导弹发动机点火前，其弹射加速度会低于发动机点火加速度下限a21，而发动机点火后其弹射加速度会超过点火加速度上限a22并一直持续。在二级解保窗口时间内(即顺序解保窗口计时时间未超过二级解保时间窗口门限t21)，若导弹发动机点火产生的弹射加速度持续时间超过安全距离飞行时间门限t22时认为导弹已经飞行了足够的安全距离。为方便产品测试，点火装置在模飞模式下通过忽略弹射加速度值来简化二级解保条件。二级保险成功解除后需要输出遥测信号，并设置二级解除标志有效，对三级解保的顺序进行限定(即三级解保必须在二级解保后才有效)。如果超出二级解保窗口时间(即顺序解保窗口计时时间高于或等于二级解保时间窗口门限t21)还没有完成二级解保，则点火装置必须系统复位，恢复初始状态。
参见图4，二级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤2a)：判断是否为模飞模式：在模飞模式下，直接跳到步骤2c)；否则，进入步骤2b)；
步骤2b)：检测弹射加速度：若弹射加速度低于发动机点火加速度下限a21，则跳转到步骤2e)；否则，判断弹射加速度是否高于发动机点火加速度上限a22：若不是则跳转到步骤2e)；否则，进入步骤2c)；
步骤2c)：发动机点火加速度持续时间计时累计，判断本流程是否在二级解保窗口时间门限t21内：若顺序解保窗口计时未超过二级解保时间窗口门限t21，则进入步骤2d)，否则，判定二级解保失败，清除二级解除标志后返回主流程；
步骤2d)：判断点火加速度持续时间是否超过安全距离飞行时间门限t22：若超过，则判定二级保险解除成功，设置二级解除标志，返回主流程；否则，进入步骤2f)；
步骤2e)：对点火加速度累计时间清零，然后进入步骤2f)；
步骤2f)：清除二级解除标志并返回步骤2a)。
5)三级保险判断及解除。三级保险是导弹系统从安全性考虑，由点火装置外部引入1个计时起点信号。点火装置在检测到计时起点信号后进行计时累计。如果在三级解保窗口时间内(即顺序解保窗口计时时间未超过三级解保时间窗口t31)，并且二级保险已经解除(步骤4)中二级保险解除后会设置二级解除标志有效)，则延期计时达到三级解保确认时间t32后判定满足三级保险解除条件。三级保险成功解除后需要输出遥测信号。如果超出三级解保窗口时间(即顺序解保窗口计时时间高于或等于三级解保时间窗口t31)还没有完成三级解保，或者延期计时达到三级解保确认时间t32却没有完成二级解保(即二级解保标志由于二级解保未成功，处于无效状态)，均判定三级解保失败，点火装置必须系统复位，恢复初始状态。
参见图5，三级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤3a)：检测判断计时起点信号是否有效：若无效，则清除计时标志后进入步骤3c)；否则，进入步骤3b)；
步骤3b)：设置计时标志并进行三级解保延期时间计时累计后进入步骤3c)；
步骤3c)：判断本流程是否在三级解除窗口时间内：若顺序解保窗口计时未超过三级解保时间窗口门限t31，则进入步骤3d)，否则判定三级解保失败，清除三级解除标志后返回主流程；
步骤3d)：判断三级解保延期时间计时是否超过三级解保确认时间t32：若三级解保延期时间计时超过三级解保确认时间t32，且二级解除标志无效，则设置终止标志后再设置三级解除标志后返回主流程；否则，直接设置三级解除标志后返回主流程；若三级解保延期时间计时未超过三级解保确认时间t32，则进行延时等待后判断计时标志是否有效：若延时后计时标志有效，则进入步骤3b)；否则，返回步骤3a)。
6)高压充能。一级保险、二级保险及三级保险按照顺序依次解除成功后，主控模块通过升压控制模块使能高压电源输出高压直流电，给高压储能模块充能，并实时监测充能电压。在充能完成后输出信息量遥测信号。
7)高压放电保险判断及解锁。点火装置高压充能成功后即进入准备战斗状态，需要导弹系统根据战场数据下达最后的高压放电解锁指令。点火装置检测到有效高压放电解锁指令后则判定满足高压放电保险解除条件，进行高压放电解保，并启动高压放电解保窗口时间计时。
8)引爆条件判断。点火装置的引爆情况分为有三种，分别是主动战斗引爆、主动自毁引爆以及提前碰撞引爆。在高压放电解保窗口时间内(即高压放电解保窗口时间计时低于高压放电解保窗口时间门限t2)，主控模块检测到有效引爆指令则判断满足主动战斗引爆条件，检测到有效自毁指令则判断满足主动自毁引爆条件，检测到碰撞加速度超过碰撞加速度上限a1时则判断满足提前碰撞引爆条件。三种引爆条件满足任意一条都需要进行引爆操作。引爆条件判断后需要输出对应的遥测信号。如果超出高压放电解保窗口时间(即高压放电解保窗口时间计时高于或等于高压放电解保窗口时间门限t2)后仍不满足引爆条件，点火装置必须系统复位，恢复初始状态。
9)引爆火工品。点火装置在满足引爆条件后，主控模块通过驱动模块控制引爆开关组接通，将高压储能模块储存的高压能量以高能电脉冲(电压＞2.2kV且电流＞2kA)形式释放给火工品，引爆火工品，完成导弹战斗部点火。
上述遥测输出模块输出给遥测系统的信号由导弹系统总体单位根据设计习惯限定，也可以参照如下方案：
遥测信号幅度为0V～5V，遥测信号输出端OUT1为解除保险信号遥测，不同电压值表征一级解保、二级解保、三级解保、充电完成等状态；遥测信号输出端OUT2为信息量遥测，不同电压值表征延期保险计时零点、高压放电解锁信号、自毁指令、起爆信号等状态。
预定自检时间导弹直列式点火装置门限t1、弹射出筒加速度下限a11、弹射出筒加速度上限a12、弹射出筒加速度持续时间门限t11、发动机点火加速度下限a21、发动机点火加速度上限a22、二级解保窗口时间门限t21、安全距离飞行时间门限t22、三级解保窗口时间门限t31、三级解保确认时间门限t32、高压放电解保窗口时间门限t2、以及碰撞加速度上限a1在导弹直列式点火装置中预先设定。各窗口时间计时由独立于主流程的中断过程进行累计，在主流程中进行累计值大小判断。
本发明能够通过装置内部各功能模块对导弹战斗状态进行有效检测，并在满足引爆条件后使用已知自然环境中不存在的高能电脉冲(电压＞2.2kV且电流＞2kA)进行点火，提高点火装置的安全性与响应速度，降低点火系统的发火敏感度及点火延迟，具有工作可靠性高、点火实时性好、体积小和重量轻等特点。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。
Claims (9)
1.导弹直列式点火装置，其特征是，由EMI滤波模块、内部电源、高压电源、升压控制模块、高压检测反馈模块、高压储能模块、引爆开关组、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块组成；
EMI滤波模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的低压直流供电口；EMI滤波模块的输出端与高压电源、内部电源、升压控制模块以及驱动模块的输入端相连；
高压电源的高压直流输出端连接高压储能模块的输入端；高压电源的高压反馈输出端连接高压检测反馈模块的输入端，并作为导弹直列式点火装置对外的高压检测口；
高压储能模块的输出正端与起爆开关组的输入端连接，输出负端直接作为导弹直列式点火装置对外的火工品安装口与火工品检测口的负端；
起爆开关组的输出端与驱动模块的驱动负端连接，并作为导弹直列式点火装置对外的火工品安装口与火工品检测口的正端；引爆开关组的控制端与驱动模块的驱动正端连接；
内部电源的输出端与升压控制模块、高压检测反馈模块、驱动模块、转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块、主控模块、工作模式检测模块、弹射检测模块以及碰撞检测模块的供电输入端连接；
转电模块的功率端作为导弹直列式点火装置对外的转电接口；
初始状态检查输出模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的初始信号口，初始状态检查输出模块的输出端作为导弹直列式点火装置对外的安检状态信号口；
开关量信号输入输出模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的开关量信号口；拟量信号输入输出模块的输出端作为导弹直列式点火装置对外的自检状态信号口；
遥测输出模块的第一输出端作为导弹直列式点火装置对外的解除保险遥测信号口，遥测输出模块的第二输出端作为导弹直列式点火装置对外的信息量遥测信号口；
工作模式检测模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的测试电源及工作模式插头；
弹射状态检测模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的轴向加速度信号口；
碰撞状态检测模块的输入端作为导弹直列式点火装置对外的轴向加速度、横向加速度和纵向加速度信号口；
升压控制模块、驱动模块、转电模块、遥测输出模块的控制端与主控模块的I/O口连接；初始状态检查输出模块的、开关量信号输入输出模块的控制及检测端与主控模块的I/O口连接；工作模式检测模块的输出端与主控模块的I/O口连接；高压检测反馈模块的输出端与主控模块的AD口连接；弹射状态检测模块和碰撞状态检测模块的输出端分别与主控模块的AD及I/O口连接。
2.根据权利要求1所述的导弹直列式点火装置，其特征是，主控模块由各主控制器为1个可编程逻辑器件加1个微处理器的双核基本模式、1个可编程逻辑器件加2个微处理器的三核冷备份模式或3个微处理器的三核冗余模式。
3.根据权利要求1所述的导弹直列式点火装置，其特征是，引爆开关组由固态功率开关构成，其为高压脉冲功率开关MCT或为SCR芯片串并组合及均压布置后再气密封装后的固态开关组。
4.权利要求1所述的导弹直列式点火装置的运行方法，其特征是，其工作过程如下：
EMI滤波模块对外部输入的低压直流供电电源与高压电源、内部电源、升压控制模块以及驱动模块之间的双向EMI高频信号传导路径进行隔离，并对EMI高频信号的空间辐射进行屏蔽；
高压电源由主控模块通过升压控制模块来控制是否使能高压直流电输出，在输出使能时将低压直流隔离转换成高压直流电，给高压储能模块充电；
高压储能模块实现高压能量储存，在点火时将能量释放给火工品；
引爆开关组控制高压能量的释放，由主控模块通过驱动模块来实现控制；
主控模块通过初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、高压检测反馈模块、工作模式检测模块、弹射状态检测模块以及碰撞状态检测模块来实现解保及引爆条件进行检测，然后按设定的程序进行判断，并通过转电模块、初始状态检查输出模块、开关量信号输入输出模块、遥测输出模块及升压控制模块来输出解保动作及信号，通过驱动模块来执行引爆动作。
5.根据权利要求4所述的导弹直列式点火装置的运行方法，其特征是，主控模块按设定的程序进行判断的具体工作过程如下：
1)初始状态检查：检查点火装置是否处于安全状态，其至少包括转电回路断开、高压储能模块未充电和初始状态正常三个条件，安全状态检测后输出正常或异常状态信息；
2)上电自检：在预定自检时间门限t1内检查主控模块及其各功能模块的初始化是否顺利且通信是否正常、以及各对外接口状态正常，并输出正常或异常状态信息；
3)一级保险判断及解除：主控模块通过弹射状态检测模块实时监测弹射加速度；当其弹射加速度低于或等于弹射出筒加速度下限a11时，表明导弹在发射筒内；当弹射加速度会高于弹射出筒加速度上限a12且持续时间超过弹射出筒加速度持续时间门限t11时，表明导弹弹射出发射筒；主控模块通过检测弹射加速度及持续时间来判断是否解除一级保险；一级保险成功解除后输出遥测信号通知导弹系统接通发动机点火保险电路，并启动顺序解保窗口计时来对二级解保与三级解保的时效性进行限定；
4)二级保险判断及解除：主控模块通过弹射状态检测模块实时监测弹射加速度；弹射加速度低于或等于发动机点火加速度下限a21时，表明导弹处于发动机点火前；当弹射加速度超过发动机点火加速度上限a22并一直持续时，表明导弹处于发动机点火后；在二级解保窗口时间门限t21内，当导弹发动机点火产生的弹射加速度持续时间超过安全距离飞行时间门限t22时，认为导弹已经飞行了足够的安全距离；二级保险成功解除后输出遥测信号通知导弹系统，并设置二级解除标志对三级解保的顺序进行限定；如果超出二级解保窗口时间门限t21还没有完成二级解保，则导弹直列式点火装置必须系统复位，恢复初始状态；
5)三级保险判断及解除：主控模块检测到开关量信号输入输出模块输入的导弹直列式点火装置下发的计时起点信号后进行确认时间计时累计；如果在三级解保窗口时间门限t31内，并且二级保险已经解除，则延期计时达到三级解保确认时间门限t32后判定满足三级保险解除条件；三级保险成功解除后输出遥测信号通知导弹系统；如果超出三级解保窗口时间门限t31还没有完成三级解保，或者延期计时达到三级解保时间门限t32却没有完成二级解保，均判定三级解保失败，导弹直列式点火装置必须系统复位，恢复初始状态；
6)高压充能：一级保险、二级保险及三级保险按照顺序依次解除成功后即二级保险解除标志和三级保险解除标志有效，且终止标志未被置位，主控模块通过升压控制模块使能高压电源输出高压直流电，给高压储能模块充能，并实时监测充能电压，在充能完成后输出信息量遥测信号；
7)高压放电保险判断及解锁：导弹直列式点火装置高压充能成功后即进入准备战斗状态，需要导弹系统根据战场数据下达最后的高压放电解锁指令，导弹直列式点火装置检测到有效高压放电解锁指令后则判定满足高压放电保险解除条件，进行高压放电解保，并启动高压放电解保窗口时间计时；
8)引爆条件判断：在高压放电解保窗口时间内即高压放电解保窗口计时时间低于或等于高压放电解保窗口时间门限t2，主控模块检测到有效引爆指令则判断满足主动战斗引爆条件，检测到有效自毁指令则判断满足主动自毁引爆条件，若检测到碰撞加速度超过碰撞加速度上限a1，则判断满足提前碰撞引爆条件；引爆条件判断后输出对应的遥测信号；如果超出高压放电解保窗口时间即高压放电解保窗口计时时间高于高压放电解保窗口时间门限t2后仍不满足引爆条件，必须系统复位，恢复初始状态；
9)引爆火工品：在满足引爆条件后，主控模块通过驱动模块控制引爆开关组接通，将高压储能模块储存的高压能量以高能电脉冲形式释放给火工品，引爆火工品，完成导弹战斗部点火。
6.根据权利要求5所述的导弹直列式点火装置的运行方法，其特征是，步骤3中，一级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤1a)：判断是否为模飞模式：在模飞模式下，直接跳到步骤1c)；否则，进入步骤1b)；
步骤1b)：检测弹射加速度：若弹射加速度低于或等于弹射出筒加速度下限a11，则跳转到步骤1d)；否则，判断弹射加速度是否高于弹射出筒加速度上限a12：若不是，则跳转到步骤1d)；否则，进入步骤1c)；
步骤1c)：弹射出筒加速度持续时间计时累计，判断弹射出筒加速度持续时间是否超过弹射出筒加速度持续时间门限t11：若超过，则判断一级保险解除成功，设置一级解除标志，返回主流程，进行一级保险成功解除后的操作；否则，进入步骤1d)；
步骤1d)：清除一级解除标志并返回步骤1a)。
7.根据权利要求5所述的导弹直列式点火装置的运行方法，其特征是，步骤4中，二级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤2a)：判断是否为模飞模式：在模飞模式下，直接跳到步骤2c)；否则，进入步骤2b)；
步骤2b)：检测弹射加速度：若弹射加速度低于发动机点火加速度下限a21，则跳转到步骤2e)；否则，判断弹射加速度是否高于发动机点火加速度上限a22：若不是则跳转到步骤2e)；否则，进入步骤2c)；
步骤2c)：发动机点火加速度持续时间计时累计，判断本流程是否在二级解保窗口时间门限t21内：若顺序解保窗口计时未超过二级解保时间窗口门限t21，则进入步骤2d)，否则，判定二级解保失败，清除二级解除标志后返回主流程；
步骤2d)：判断点火加速度持续时间是否超过安全距离飞行时间门限t22：若超过，则判定二级保险解除成功，设置二级解除标志，返回主流程；否则，进入步骤2f)；
步骤2e)：对点火加速度累计时间清零，然后进入步骤2f)；
步骤2f)：清除二级解除标志并返回步骤2a)。
8.根据权利要求5所述的导弹直列式点火装置的运行方法，其特征是，步骤5中，三级保险解除条件判断具体包括步骤如下：
步骤3a)：检测判断计时起点信号是否有效：若无效，则清除计时标志后进入步骤3c)；否则，进入步骤3b)；
步骤3b)：设置计时标志并进行三级解保延期时间计时累计后进入步骤3c)；
步骤3c)：判断本流程是否在三级解除窗口时间内：若顺序解保窗口计时未超过三级解保时间窗口门限t31，则进入步骤3d)，否则判定三级解保失败，清除三级解除标志后返回主流程；
步骤3d)：判断三级解保延期时间计时是否超过三级解保确认时间t32：若三级解保延期时间计时超过三级解保确认时间t32，且二级解除标志无效，则设置终止标志后再设置三级解除标志后返回主流程；否则，直接设置三级解除标志后返回主流程；若三级解保延期时间计时未超过三级解保确认时间t32，则进行延时等待后判断计时标志是否有效：若延时后计时标志有效，则进入步骤3b)；否则，返回步骤3a)。
9.根据权利要求5所述的导弹直列式点火装置的运行方法，其特征是，预定自检时间导弹直列式点火装置门限t1、弹射出筒加速度下限a11、弹射出筒加速度上限a12、弹射出筒加速度持续时间门限t11、发动机点火加速度下限a21、发动机点火加速度上限a22、二级解保窗口时间门限t21、安全距离飞行时间门限t22、三级解保窗口时间门限t31、三级解保确认时间门限t32、高压放电解保窗口时间门限t2、以及碰撞加速度上限a1在导弹直列式点火装置中预先设定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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