CN115200424A - 一种运载火箭地面等效分离测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运载火箭地面等效分离测试装置及测试方法，属于火箭箭体测试领域，运载火箭地面等效分离测试装置包括分离连接器、等效分离装置和终端控制器；分离连接器包括设置于运载火箭的芯级上芯级分离连接器；等效分离装置配置成能够处于电性连通状态或断路状态；相邻芯级上的芯级分离连接器通过等效分离装置电性连接；终端控制器与等效分离装置通讯连接，向等效分离装置对等效分离装置进行控制，使等效分离装置处于电性连通状态或断路状态。一种运载火箭地面等效分离测试方法利用运载火箭地面等效分离测试装置进行测试。本发明能够取代人工操作，提升测试可靠性，同时提高测试效率。

Description

一种运载火箭地面等效分离测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及火箭箭体测试领域，特别涉及一种运载火箭地面等效分离测试装置及测试方法。

背景技术

当前运载火箭均为多级接力工作设计模式，且大多为芯级串联加助推级捆绑构型，即助推级和一子级燃烧耗尽后，运载火箭通过分离设计将一子级和助推级残余的壳体抛掉，并点燃二级发动机继续进行飞行，以此来提高运载能力，现役的运载火箭大多为二级或者三级构型，少部分固体运载火箭甚至会采用四级构型。火箭的构型模块越多，对总体测试的技术要求就会越高，且越复杂。

目前，我国主流运载火箭完成总体装配工作后均需进行火箭总体测试，总体测试主要对运载火箭总体性能、可靠性及飞行指标进行全面考核，该测试技术关系着火箭性能指标考核的全面性和准确性，是客观评价火箭性能的关键技术。模飞测试中真分离模飞测试是用于模拟火箭真实飞行过程中各级部件真实分离是否能够按飞行时序依次拔开分离连接器。

发明人在日常实践中，发现现有的技术方案具有如下问题：

目前，模飞测试中真分离模飞测试所有分离动作均需操作人员手动完成。该项目测试时，需完成的操作点位多，而且操作位置分布在箭体各个位置，对人员数量和技能均有很高的要求。其次，每一步操作均需按真实的飞行时序进行相应部位部件分离操作，无论操作时间点和操作顺序均为唯一，且分离的时间点为秒级，大大增加了测试难度，降低了测试可靠性。另外，多次拔插会导致插接部位虚接甚至失效。

现有申请号为202111006861.7的中国发明专利公开一种气驱分离装置地面试验系统，具有重复测试能力，大大降低了试验成本和分离冲击，但其结构复杂，制造成本高，且仍不能从根本解决多次拔插容易导致插接部位虚接甚至失效的问题。

有鉴于此，实有必要提供一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述至少一个技术问题，本申请提供一种运载火箭地面等效分离测试装置及测试方法，能够取代人工操作，提升测试可靠性，同时提高测试效率。

一种运载火箭地面等效分离测试装置，包括：

分离连接器；所述分离连接器包括芯级分离连接器；所述芯级分离连接器设置于运载火箭的芯级上，用于所述芯级的供配电和分离信号传输；

等效分离装置；所述等效分离装置和工艺转接电缆连接配合，将相邻所述芯级上的所述芯级分离连接器电性连接；所述等效分离装置配置成能够处于电性连通状态或断路状态；

终端控制器；所述终端控制器与所述等效分离装置通讯连接，向所述等效分离装置发送控制信号对所述等效分离装置进行控制，使所述等效分离装置处于电性连通状态或断路状态。

优选的，所述分离连接器还包括助推器分离连接器；所述助推器分离连接器设置于运载火箭的助推器上，用于所述助推器的供配电和分离信号传输；所述等效分离装置和工艺转接电缆连接配合，将相邻所述芯级上的所述芯级分离连接器之间以及所述芯级分离连接器和所述助推器分离连接器之间电性连接。

优选的，终端控制器包括信号发送模块和结果采集模块；所述等效分离装置包括信号接收模块和执行模块。

优选的，所述终端控制器还包括指令编辑模块、指令生成模块、命令执行模块和状态恢复模块；所述指令编辑模块包括助推分离指令模块和级间分离指令模块。

优选的，助推分离指令模块包括助推Ⅰ分离指令模块、助推Ⅱ分离指令模块、助推Ⅲ分离指令模块和助推Ⅳ分离指令模块；所述级间分离指令模块包括芯一二级分离指令模块和芯二三级分离指令模块。

优选的，所述终端控制器通过串口通讯与所述等效分离装置连接。

优选的，所述等效分离装置在未执行任何指令时处于电性连通状态。

根据本申请的另一方面，还提供一种运载火箭地面等效分离测试方法，利用上述运载火箭地面等效分离测试装置进行运载火箭地面等效分离测试，包括以下步骤：

步骤S1、将相邻芯级上的芯级分离连接器之间以及芯级分离连接器和助推器分离连接器之间通过工艺转接电缆接入等效分离装置；

步骤S2、进行真分离模飞测试，使用控制终端向等效分离装置发送线路断开指令，通过等效分离装置使芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间按照预定时序进行断路，并通过控制终端进行信号采集，判断断开指令是否正确执行，实现真分离模飞测试中芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间自动等效分离；

步骤S3、真分离模飞测试结束后，通过控制终端向等效分离装置发送线路连通指令，使等效分离装置恢复电性连通状态，达到芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间均处于电性连通状态。

优选的，所述步骤S2中，通过等效分离装置使芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间按照预定时序进行断路包括：

步骤S21、通过等效分离装置使助推器Ⅰ分离连接器与芯一级分离连接器之间和助推器Ⅲ分离连接器与芯一级分离连接器之间断路；

步骤S22、通过等效分离装置使助推器Ⅱ分离连接器与芯一级分离连接器之间和助推器Ⅳ分离连接器与芯一级分离连接器之间断路；

步骤S23、通过等效分离装置使芯一级分离连接器与芯二级分离连接器之间断路；

步骤S24、通过等效分离装置使芯二级分离连接器与芯三级分离连接器之间断路。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

1、本发明使用等效分离装置替代操作人员手动操作，有效避免了潜在的测试隐患，提高产品测试可靠性，减少了操作人员数量，降低了测试难度的同时提高了测试的成功率；

2、本发明依靠等效分离装置大大缩短了运载火箭地面等效分离测试装置的恢复时间；

3、本发明依靠等效分离装置避免了助推器分离连接器和芯级分离连接器的反复插接，避免测试造成的损坏。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为本发明运载火箭地面等效分离测试装置的系统连接图；

图2为等效分离装置与终端控制器的系统连接图；

图3为本发明终端控制器的功能模块组成图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、芯一级，2、芯二级，3、芯三级，4、助推器I，5、助推器II，6、助推器III，7、助推器IV，8、等效分离装置，9、终端控制器，10、芯一级分离连接器，11、芯二级分离连接器，12、芯三级分离连接器，13、助推器Ⅰ分离连接器，14、助推器Ⅱ分离连接器，15、助推器Ⅲ分离连接器，16、助推器Ⅳ分离连接器；

81、信号接收模块，82、执行模块，91、信号发送模块，92、结果采集模块；

901、指令编辑模块，902、指令生成模块，903、命令执行模块，904、状态恢复模块；

9011、助推Ⅰ分离指令模块，9012、助推Ⅱ分离指令模块，9013、助推Ⅲ分离指令模块，9014、助推Ⅳ分离指令模块，9015、芯一二级分离指令模块，9016、芯二三级分离指令模块。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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，本领域普通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。

一种运载火箭地面等效分离测试装置，包括等效分离装置、终端控制器和分离连接器。分离连接器包括芯级分离连接器，芯级分离连接器设置于运载火箭的芯级上，用于芯级的供配电和分离信号传输。等效分离装置和工艺转接电缆连接配合，将相邻芯级上的芯级分离连接器电性连接。等效分离装置配置成能够处于电性连通状态或断路状态。终端控制器与等效分离装置通讯连接，向等效分离装置发送控制信号对等效分离装置进行控制，使等效分离装置处于电性连通状态或断路状态。

具体的，以某型运载火箭总体测试为例，图1所示为一种运载火箭地面等效分离测试装置的系统连接图，其中虚线部分为工艺转接电缆。由于运载火箭在地面等效分离测试时为半总装状态，各部段需通过工艺转接电缆将火箭连接成系统状态。

该型运载火箭的除芯级之外还包括助推器，其中，芯级包括芯一级1、芯二级2、芯三级3，助推器包括助推器I 4、助推器II 5、助推器III 6和助推器IV 7。

芯级分离连接器设置于运载火箭的芯级上，用于芯级的供配电和分离信号传输，助推器分离连接器设置于运载火箭的助推器上，用于助推器的供配电和分离信号传输。芯一级1上设置有芯一级分离连接器10，芯二级2上设置有芯二级分离连接器11，芯三级3上设置有芯三级分离连接器12。

助推器I 4上设置有助推器Ⅰ分离连接器13、助推器II 5上设置有助推器II分离连接器14、助推器III 6上设置有助推器Ⅲ分离连接器15，助推器IV 7上设置有助推器Ⅳ分离连接器16。

等效分离装置8和工艺转接电缆连接配合，将相邻芯级上的芯级分离连接器之间以及芯级分离连接器和助推器分离连接器之间电性连接。等效分离装置8在未执行任何指令时处于电性连通状态。

具体的，助推器Ⅰ分离连接器13通过连接有工艺转接电缆的等效分离装置8与芯一级分离连接器10电性连接。助推器II分离连接器14通过连接有工艺转接电缆的等效分离装置8与芯一级分离连接器10电性连接。助推器Ⅲ分离连接器15通过连接有工艺转接电缆的等效分离装置8与芯一级分离连接器10电性连接。助推器Ⅳ分离连接器16通过连接有工艺转接电缆的等效分离装置8与芯一级分离连接器10电性连接。芯一级分离连接器10通过连接有工艺转接电缆的等效分离装置8与芯二级分离连接器11电性连接。芯二级分离连接器11通过连接有工艺转接电缆的等效分离装置8与芯三级分离连接器12电性连接。

如图2所示，终端控制器9包括信号发送模块91和结果采集模块92，等效分离装置8包括信号接收模块81和执行模块82。终端控制器9通过串口通讯与等效分离装置8连接。

如图3所示，终端控制器9还包括具有指令编辑模块901、指令生成模块902、命令执行模块903和状态恢复模块904的功能模块。其中，指令编辑模块901包括助推分离指令模块和级间分离指令模块。助推分离指令模块包括助推Ⅰ分离指令模块9011、助推Ⅱ分离指令模块9012、助推Ⅲ分离指令模块9013和助推Ⅳ分离指令模块9014。级间分离指令模块包括芯一二级分离指令模块9015和芯二三级分离指令模块9016。

根据本发明的另一方面，还提供一种运载火箭地面等效分离测试方法，利用运载火箭地面等效分离测试装置进行运载火箭地面等效分离测试，包括以下步骤：

步骤S1、将相邻芯级上的芯级分离连接器之间以及芯级分离连接器和助推器分离连接器之间通过工艺转接电缆接入等效分离装置；

步骤S2、进行真分离模飞测试，使用控制终端向等效分离装置发送线路断开指令，通过等效分离装置使芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间按照预定时序进行断路，并通过控制终端进行信号采集，判断断开指令是否正确执行，实现真分离模飞测试中芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间自动等效分离。

其中，所述通过等效分离装置使芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间按照预定时序进行断路具体包括：

步骤S21、通过等效分离装置使助推器Ⅰ分离连接器与芯一级分离连接器之间和助推器Ⅲ分离连接器与芯一级分离连接器之间断路。

步骤S22、通过等效分离装置使助推器Ⅱ分离连接器与芯一级分离连接器之间和助推器Ⅳ分离连接器与芯一级分离连接器之间断路。

步骤S23、通过等效分离装置使芯一级分离连接器与芯二级分离连接器之间断路。

步骤S24、通过等效分离装置使芯二级分离连接器与芯三级分离连接器之间断路。

步骤S3、真分离模飞测试结束后，通过控制终端向等效分离装置发送线路连通指令，使等效分离装置恢复电性连通状态，达到芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间均处于电性连通状态。

本发明已在某运载火箭总体测试中进行了试验，测试可靠性得到了大幅提升，除非分离操作因素引起失误以外，测试一次成功率100%测试效率提升近80%。

发明构思：本发明在运载火箭的真分离模飞测试中提出使用等效分离思想，利用等效分离装置内部的电性通断达到分离连接器“不分而分”的效果，实现与原方法同样的测试目的。利用等效分离装置替代测试操作人员现场手动分离的方法，降低了操作的不可靠性和人员安全风险，大幅提升运载火箭测试可靠性和测试现场的生产效率。该测试方法的提出实现了分离操作的自动化，突破了以往运载火箭真分离模飞测试一次性成功率低、涉及人员多、操作动作复杂、状态恢复时间长、连接器多次插接潜在质量隐患等诸多不利，有效适应了运载火箭系统化、自动化测试要求。

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。

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、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

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 (9)

1.一种运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，包括：

分离连接器；所述分离连接器包括芯级分离连接器；所述芯级分离连接器设置于运载火箭的芯级上，用于所述芯级的供配电和分离信号传输；

等效分离装置；所述等效分离装置和工艺转接电缆连接配合，将相邻所述芯级上的所述芯级分离连接器电性连接；所述等效分离装置配置成能够处于电性连通状态或断路状态；

终端控制器；所述终端控制器与所述等效分离装置通讯连接，向所述等效分离装置发送控制信号对所述等效分离装置进行控制，使所述等效分离装置处于电性连通状态或断路状态。

2.如权利要求1所述的运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，所述分离连接器还包括助推器分离连接器；所述助推器分离连接器设置于运载火箭的助推器上，用于所述助推器的供配电和分离信号传输；所述等效分离装置和工艺转接电缆连接配合，将相邻所述芯级上的所述芯级分离连接器之间以及所述芯级分离连接器和所述助推器分离连接器之间电性连接。

3.如权利要求2所述的运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，终端控制器包括信号发送模块和结果采集模块；所述等效分离装置包括信号接收模块和执行模块。

4.如权利要求3所述的运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，所述终端控制器还包括指令编辑模块、指令生成模块、命令执行模块和状态恢复模块；所述指令编辑模块包括助推分离指令模块和级间分离指令模块。

5.如权利要求4所述的运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，助推分离指令模块包括助推Ⅰ分离指令模块、助推Ⅱ分离指令模块、助推Ⅲ分离指令模块和助推Ⅳ分离指令模块；所述级间分离指令模块包括芯一二级分离指令模块和芯二三级分离指令模块。

6.如权利要求1所述的运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，所述终端控制器通过串口通讯与所述等效分离装置连接。

7.如权利要求1所述的运载火箭地面等效分离测试装置，其特征在于，所述等效分离装置在未执行任何指令时处于电性连通状态。

8.一种运载火箭地面等效分离测试方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的运载火箭地面等效分离测试装置进行运载火箭地面等效分离测试，包括以下步骤：

步骤S1、将相邻芯级上的芯级分离连接器之间以及芯级分离连接器和助推器分离连接器之间通过工艺转接电缆接入等效分离装置；

步骤S2、进行真分离模飞测试，使用控制终端向等效分离装置发送线路断开指令，通过等效分离装置使芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间按照预定时序进行断路，并通过控制终端进行信号采集，判断断开指令是否正确执行，实现真分离模飞测试中芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间自动等效分离；

步骤S3、真分离模飞测试结束后，通过控制终端向等效分离装置发送线路连通指令，使等效分离装置恢复电性连通状态，达到芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间均处于电性连通状态。

9.如权利要求8所述的运载火箭地面等效分离测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过等效分离装置使芯级分离连接器和助推器分离连接器之间以及相邻芯级间的芯级分离连接器之间按照预定时序进行断路包括：

步骤S21、通过等效分离装置使助推器Ⅰ分离连接器与芯一级分离连接器之间和助推器Ⅲ分离连接器与芯一级分离连接器之间断路；

步骤S22、通过等效分离装置使助推器Ⅱ分离连接器与芯一级分离连接器之间和助推器Ⅳ分离连接器与芯一级分离连接器之间断路；

步骤S23、通过等效分离装置使芯一级分离连接器与芯二级分离连接器之间断路；

步骤S24、通过等效分离装置使芯二级分离连接器与芯三级分离连接器之间断路。

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