CN114759621B - 多级捆绑运载火箭供配电方法和多级捆绑运载火箭 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级捆绑运载火箭供配电方法和多级捆绑运载火箭，其中，多级捆绑运载火箭供配电方法，包括：根据火箭的航电系统的多个用电设备的距离跨度确定供电设备的数量；根据供电设备的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备的集中度确定供电设备的位置；根据供电设备的数量和位置布置供电设备；在每个供电设备中设置相互独立的第一电池和第二电池；根据多个用电设备的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的用电设备与第一电池或者第二电池进行连接。本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的火箭的供电系统可靠性较差的问题。

Description

多级捆绑运载火箭供配电方法和多级捆绑运载火箭

技术领域

本发明涉及火箭技术领域，具体而言，涉及一种多级捆绑运载火箭供配电方法和多级捆绑运载火箭。

背景技术

目前在役的固体运载火箭，无论是采用集中式供电，还是以舱段为单位的分布式供电，都是由两级甚至单级导弹演化而来，但是对于需要采用四级发动机串联或者带捆绑的固体运载火箭来说，则略显得力不从心，尤其对于远距离的瞬时大电流需求，由于线路较长，电阻较大，从而导致压降过大；为了保证较小的压降，则需要加粗导线或者增加并联导线的数量，而这将大大增加箭上电缆网的重量。以舱段为单位的分布式配电，一般并不区分用电负载类型，即将稳态用电负载和瞬时用电负载采用同一块电池供电，这种供电方式对于飞行时间很短的舱段并没有太大问题，然而由于不同卫星的发射需要，运载火箭的上面级可能需要飞行很长的时间，而电池随着用电时间的增长，其大电流放电能力会下降，对于锂电池来说尤其明显，从降低了瞬态大电流用电负载的工作可靠性。对于带捆绑的固体运载火箭，下面级点火电流需求大，大电流放电条件下电压会下降较多，从而导致供电可靠性下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多级捆绑运载火箭供配电方法和多级捆绑运载火箭，以解决相关技术中的火箭的供电系统可靠性较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多级捆绑运载火箭供配电方法，包括：根据火箭的航电系统的多个用电设备的距离跨度确定供电设备的数量；根据供电设备的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备的集中度确定供电设备的位置；根据供电设备的数量和位置布置供电设备；在每个供电设备中设置相互独立的第一电池和第二电池；根据多个用电设备的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的用电设备与第一电池或者第二电池进行连接。

进一步地，根据火箭的航电系统的多个用电设备的距离跨度确定供电设备的数量的步骤包括：当距离跨度每超过预设距离时，增加一个供电设备，预设距离在10m至20m的范围内。

进一步地，根据多个用电设备的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的用电设备与第一电池或者第二电池进行连接的步骤包括：将多个用电设备根据用电需求分成阻性负载、感性负载以及瞬时脉冲负载；将阻性负载与第一电池连接，将感性负载和瞬时脉冲负载与第二电池连接。

进一步地，将阻性负载与第一电池连接，将感性负载和瞬时脉冲负载与第二电池连接的步骤包括：使第一电池与阻性负载之间通过多路开关连接。

进一步地，将阻性负载与第一电池连接，将感性负载和瞬时脉冲负载与第二电池连接的步骤包括：使瞬时脉冲负载的正极端通过第一继电器与第二电池的正极连接，使瞬时脉冲负载的负极端通过第二继电器与第二电池的负极连接。

进一步地，根据供电设备的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备的集中度确定供电设备的位置的步骤包括：根据火箭的级数进行区域划分；判断每个区域内的用电设备的数量；根据每个区域内的用电设备的数量确定供电设备的位置。

进一步地，根据火箭的级数进行区域划分的步骤包括：将火箭划分为头部、助推器以及位于头部和助推器之间多个芯部；头部、助推部及每个芯部对应一个区域。

进一步地，根据每个区域内的用电设备的数量确定供电设备的位置的步骤包括：将N个供电设备设置在用电设备数量最多的N个区域内，其中N为正整数。

进一步地，根据每个区域内的用电设备的数量确定供电设备的位置的步骤包括：当相邻的两个区域内的用电设备的数量差小于等于3时，将供电设备设置在两个区域之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种多级捆绑运载火箭，通过上述的多级捆绑运载火箭供配电方法进行配电。

应用本发明的技术方案，首先根据火箭的航电系统的多个用电设备的距离跨度确定供电设备的数量，这样能够避免供电设备的导线长度过大，而导致其电阻加大，进而导致压降过大。进一步地，根据供电设备的数量以及火箭航电系统的多个用电设备的集中度确定供电设备的位置。这样能够使得供电设备的位置更加靠近较多的用电设备，进而能够更加地避免导线的长度过大。同时，通过这样的设置，即使经过长时间的飞行，火箭的航电系统依旧能够保证其的可靠性和稳定性。当供电设备的位置和数量均确定后，需要布置供电设备，具体地，在每个供电设备中设置相互独立的第一电池和第二电池。之后根据用电设备的用电需求的不同进行分类，根据分类的结果将不同类型的用电设备分别与第一电池或者第二电池进行连接。通过上述的方法设置的航电系统，能够减少导线的长度，进而能够降低电阻和压降。同时，由于将不同类型的用电设备单独与第一电池或者第二电池连接，这样能够保证工作电压的稳定性，同时避免对用电设备产生一些电磁干扰。因此本申请的技术方案有效地解决了相关技术中的火箭的供电系统可靠性较差的问题。

附图说明

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

图1示出了根据本发明的多级捆绑运载火箭供配电方法的实施例的流程示意图；

图2示出了图1的多级捆绑运载火箭供配电方法的最后步骤的优选流程示意图；

图3示出了图1的多级捆绑运载火箭供配电方法的第二步骤的优选流程示意图；

图4示出了根据图1的多级捆绑运载火箭供配电方法得到的供电设备和用电设备的连接示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、供电设备；11、第一电池；12、第二电池；20、用电设备；21、阻性负载；22、感性负载；23、瞬时脉冲负载。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到 ：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

传统火箭上的智能设备的电池多采用本级供电原则，而不区分负载电流类型，每块电池既负责本级阻性负载供电，又负责感性负载和火工品点火等脉冲电流需求。大部分电池在电流突变的时候要保证电压稳定往往采取的是增大容量的方法，这样一方面电池的总重量增加；另一方面电池提供脉冲电流时会带来电压“低头”的现象，可能对其它用电设备产生影响。固体运载火箭对航电系统减重和高可靠的要求更加强烈，为了实现航电系统的减重，并提高其可靠性。

如图1至图4所示，在本实施例中，多级捆绑运载火箭供配电方法包括以下步骤：

步骤S10：根据火箭的航电系统的多个用电设备20的距离跨度确定供电设备10的数量；

步骤S20：根据供电设备10的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备20的集中度确定供电设备10的位置；

步骤S30：根据供电设备10的数量和位置布置供电设备10；

步骤S40：在每个供电设备10中设置相互独立的第一电池11和第二电池12；

步骤S50：根据多个用电设备20的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的用电设备20与第一电池11或者第二电池12进行连接。

应用本实施例的技术方案，首先根据火箭的航电系统的多个用电设备20的距离跨度确定供电设备10的数量，这样能够避免供电设备10的导线长度过大，而导致其电阻加大，进而导致压降过大。进一步地，根据供电设备10的数量以及火箭航电系统的多个用电设备20的集中度确定供电设备10的位置。这样能够使得供电设备10的位置更加靠近较多的用电设备20，进而能够更加地避免导线的长度过大。同时，通过这样的设置，即使经过长时间的飞行，火箭的航电系统依旧能够保证其的可靠性和稳定性。当供电设备10的位置和数量均确定后，需要布置供电设备10，具体地，在每个供电设备10中设置相互独立的第一电池11和第二电池12。之后根据用电设备20的用电需求的不同进行分类，根据分类的结果将不同类型的用电设备20分别与第一电池11或者第二电池12进行连接。通过上述的方法设置的航电系统，能够减少导线的长度，进而能够降低电阻和压降。同时，由于将不同类型的用电设备20单独与第一电池11或者第二电池12连接，这样能够保证工作电压的稳定性，同时避免对用电设备20产生一些电磁干扰。因此本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的火箭的供电系统可靠性较差的问题。

本实施例的技术方案采用“分区域、分负载”的供配电思路，根据负载特性的不同采用不同的供电思路；明确锂电池的优缺点，优点是能量密度高，缺点是长时间放电后容易产生电压“低头”现象，使用锂电池要扬长避短，对于需要长时间工作且要瞬时大电流用电的负载，尽可能和稳态阻性负载采用不同的电池单独供电；对于大量相同类型的阻性负载，可通过分时配电的方法减少对配电器件的损伤。

需要说明的是，上述的密集度是指在单位空间内，用电设备20的数量的多少。

如图1至图4所示，在本实施例中，根据火箭的航电系统的多个用电设备20的距离跨度确定供电设备10的数量的步骤包括：当距离跨度每超过10m至20m的范围时，供电设备10的数量增加一个。当火箭的长度过大时，会使得供电设备10的导线相应地增加，因此为了降低导线的长度，需要跟用电设备20之间的最大跨度确定供电设备20的数量。发明人经过试验后发现，当火箭内的用电设备20的跨度在10m至20米时，供电设备10的能够稳定地为用电设备20进行供电。具体地，在本实施例中距离跨度为15m，当然，还可以为12m，16m或者18m，可以根据实际情况具体设置。

需要说明的是，上述的距离跨度是指两个用电设备20之间的距离。最大距离跨度则是指火箭头部的用电设备20和火箭尾部的用电设备20之间的距离。

具体地，本实施例的火箭的总长度为35m。

如图1至图4所示，在本实施例中，根据多个用电设备20的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的用电设备20与第一电池11或者第二电池12进行连接的步骤包括：

步骤S51：将多个用电设备20根据用电需求分成阻性负载21、感性负载22以及瞬时脉冲负载23；

步骤S52：将阻性负载21与第一电池11连接，将感性负载22和瞬时脉冲负载23与第二电池12连接。

火箭上航电系统的用电设备20主要包括计算机设备（包括飞控机、各级控制器等）、惯性敏感设备、伺服机构、姿态控制设备（包括姿控、轨控、滚控等）、测量设备、电动分离装置和火工品等共7类。这7类用电设备可以分为3大类：阻性负载21、感性负载22和瞬时脉冲负载23。其中，阻性负载21包括控制设备、惯性敏感设备、伺服机构、测量设备；感性负载22包括姿态控制设备和电动分离装置；瞬时脉冲负载23主要指火工品。

如图1至图4所示，在本实施例中，第一电池11和第二电池12均为锂电池，火箭在长时间飞行时，供电设备10也在长时间启动，锂电池长时间工作后提供脉冲电流时会带来严重的电压“低头”现象（压降），容易对其他用电设备20产生影响，而为了将该影响削除到减低的水平，因此，供电设备10设置成包括第一电池11和第二电池12，同时，第一电池11与阻性负载连接，而第二电池12则与感性负载22和瞬时脉冲负载23连接，这样使得阻性负载21和瞬时脉冲负载23分别用独立的不同电池供电，提高系统工作可靠性。

具有电感特性的电磁线圈等感性负载22会因电流突变而产生电磁脉冲干扰信号，这些电磁干扰信号瞬时电流大，但是作用时间短，能量低，会对电子元器件正常工作产生影响，但不足以电爆火工品，因此，在本实施例中通过第二电池12连接感性负载22和瞬时脉冲负载23。这样最大程度地保证了电子器件等阻性负载工作电压的稳定。

如图1至图4所示，在本实施例中，将阻性负载21与第一电池11连接，将感性负载22和瞬时脉冲负载23与第二电池12连接的步骤包括：使第一电池11与阻性负载21之间通过多路开关连接。在火箭上阻性负载21的数量较多，因此配电器供电的电流较大，尤其是上电瞬间脉冲电流更大，这些年随着电磁干扰和防护需求的增加，很多设备供电模块端加入了大量电容进行电磁滤波，进一步加大了上电的瞬时脉冲电流。为避免过大瞬时电流对继电器等电路器件的损伤，采用分时上电的办法。即电池电流出来后先进行配电器，配电器中设置有多路固态开关，采用数字方式控制固态开关分时打开，用电智能设备逐步上电的方法，提高元器件可靠性和使用寿命。

如图1至图4所示，在本实施例中，将阻性负载21与第一电池11连接，将感性负载22和瞬时脉冲负载23与第二电池12连接的步骤包括：使瞬时脉冲负载23的正极端通过第一继电器与第二电池12的正极连接，使瞬时脉冲负载23的负极端通过第二继电器与第二电池12的负极连接。为保证火工品点火电路的安全性，各点火路除了要控制正极端开关外，还要控制其负极端，所有火工品路的负极端可统一控制，在发射之前完成接通，尽可能接近发射时刻，接通状态可测试。

如图1至图4所示，在本实施例中，根据供电设备10的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备20的集中度确定供电设备10的位置的步骤包括：

步骤S21：根据火箭的级数进行区域划分；

步骤S22：判断每个区域内的用电设备20的数量；

步骤S23：根据每个区域内的用电设备20的数量确定供电设备10的位置。

为了进一步减少导线的长度，需要将供电设备10在具有较多用电设备20的区域，这样能够保证供电的稳定性。具体地，关于每个区域的用电设备20的数量需要根据火箭设计确定。

如图1至图4所示，在本实施例中，根据火箭的级数进行区域划分的步骤包括：

将火箭划分为头部、助推器以及位于头部和助推器之间多个芯部；

头部、助推部及每个芯部对应一个区域。

上述的设置能够有效地将火箭进行区域划分。具体地，芯部包括芯一级、芯二级以及芯三级，供电设备包括第一供电装置和第二供电装置，第一供电装置设置在火箭的头部，第二供电装置设置在芯一级火箭内。

第二供电装置包括第一电池和第二电池，第一电池为芯一级和助推器的阻性负载供电，第二电池为 芯一级和助推器的感性负载和瞬时脉冲负载供电。由于助推器发动机点火、助推器分离等火工品电流需求大，点火过程中带来的电压“低头”现象格外严重，需设置专用的火工电池进行点火供电，提高系统工作可靠性。

如图1至图4所示，在本实施例中，根据每个区域内的用电设备20的数量确定供电设备10的位置的步骤包括：将N个供电设备10设置在用电设备数量最多的N个区域内，其中N为正整数。具体地，在本实施例中，供电设备设置在用电设备最多的两个区域内。在本实施例中，N=2。

如图1至图4所示，在本实施例中，根据每个区域内的用电设备20的数量确定供电设备10的位置的步骤包括：当相邻的两个区域内的用电设备的数量差在3之间时，将供电设备10设置在两个区域之间。上述的设置能够进一步保证导线的长度较小。

在本实施例中还包括通过选择高电压伺服功率电池为伺服机构供电。具体地，高电压伺服功率电池选用热电池，热电池是一种熔融盐电解质贮备电池，在常温下电解质是不导电的固体，使用时通过撞击火帽或点燃电发火头，引燃热电池内部的烟火热源，使电解质熔融，激活热电池组。电池激活时间短（≦1.5s），电池使用温度范围宽（-55～+85℃），大电流脉冲放电能力强，贮存时间长，电池激活后需立即使用，可以任意角度激活、工作，特别适用于为电动伺服机构等高功率高电压箭上用电设备供电。

本实施例的技术方案的优点在于：

1、结合多级捆绑运载火箭“级数多、长度长”的特点，采用“分区域、分负载”的供配电思路，能够最大程度上充分利用电池的容量，从而减轻供配电系统（含电池、配电器、电缆）的重量，减重幅度不少于50%；

2、配电过程根据不同类型负载区别设计，最大程度上确保安全性、可靠性；

3、对于大量相同类型的阻性负载，可通过分时配电的方法减少对配电器件的损伤，提高配电器件使用寿命。

根据本申请的另一个方面，提供了一种多级捆绑运载火箭，本实施例的多级捆绑运载火箭通过上述的多级捆绑运载火箭供配电方法进行配电。上述的多级捆绑运载火箭供配电方法能够有效地防止导线过长，避免电阻过大。同时也能够避免对用电设备产生电磁干扰，因此使用上述的多级捆绑运载火箭供配电方法进行配电的多级捆绑运载火箭也具有上述的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位 ( 旋转 90 度或处于其他方位 )，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多级捆绑运载火箭供配电方法，其特征在于，包括：

根据火箭的航电系统的多个用电设备(20)的距离跨度确定供电设备(10)的数量；

根据所述供电设备(10)的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备(20)的集中度确定所述供电设备(10)的位置；

根据所述供电设备(10)的数量和位置布置所述供电设备(10)；

在每个所述供电设备(10)中设置相互独立的第一电池(11)和第二电池(12)；

根据多个所述用电设备(20)的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的所述用电设备(20)与所述第一电池(11)或者所述第二电池(12)进行连接；

根据多个所述用电设备(20)的用电需求进行分类，并根据分类结果将不同类型的所述用电设备(20)与所述第一电池(11)或者所述第二电池(12)进行连接，包括：将多个所述用电设备(20)根据用电需求分成阻性负载(21)、感性负载(22)以及瞬时脉冲负载(23)；将所述阻性负载(21)与所述第一电池(11)连接，将所述感性负载(22)和所述瞬时脉冲负载(23)与所述第二电池(12)连接；

根据火箭的航电系统的多个用电设备(20)的距离跨度确定供电设备(10)的数量的步骤包括：当所述距离跨度每超过预设距离时，增加一个所述供电设备(10)，所述预设距离在10m至20m的范围内；

根据所述供电设备(10)的数量以及火箭的航电系统的多个用电设备(20)的集中度确定所述供电设备(10)的位置的步骤包括：

根据火箭的级数进行区域划分；

判断每个区域内的用电设备(20)的数量；

根据每个所述区域内的用电设备(20)的数量确定所述供电设备(10)的位置；

其中，根据火箭的级数进行区域划分的步骤包括：将所述火箭划分为头部、助推器以及位于头部和助推器之间多个芯部；所述头部、助推部及每个所述芯部对应一个区域；所述芯部包括芯一级、芯二级以及芯三级；

所述供电设备(10)包括第一供电装置和第二供电装置，所述第一供电装置设置在火箭的头部，所述第二供电装置设置在芯一级火箭内；所述第二供电装置包括所述第一电池(11)和所述第二电池(12)，所述第一电池(11)为芯一级和助推器的阻性负载供电，所述第二电池(12)为芯一级和助推器的感性负载和瞬时脉冲负载供电；

根据每个所述区域内的用电设备(20)的数量确定所述供电设备(10)的位置的步骤包括：

将N个所述供电设备(10)设置在用电设备数量最多的N个区域内，其中N为正整数；

当相邻的两个区域内的用电设备的数量差小于等于3时，将所述供电设备(10)设置在两个所述区域之间。

2.根据权利要求1所述的多级捆绑运载火箭供配电方法，其特征在于，将所述阻性负载(21)与第一电池(11)连接，将所述感性负载(22)和所述瞬时脉冲负载(23)与第二电池(12)连接的步骤包括：

使所述第一电池(11)与所述阻性负载(21)之间通过多路开关连接。

3.根据权利要求2所述的多级捆绑运载火箭供配电方法，其特征在于，将所述阻性负载(21)与第一电池(11)连接，将所述感性负载(22)和所述瞬时脉冲负载(23)与第二电池(12)连接的步骤包括：

使所述瞬时脉冲负载(23)的正极端通过第一继电器与所述第二电池(12)的正极连接，使所述瞬时脉冲负载(23)的负极端通过第二继电器与所述第二电池(12)的负极连接。

4.一种多级捆绑运载火箭，其特征在于，通过权利要求1至3中任一项所述的多级捆绑运载火箭供配电方法进行配电。

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