[发明专利]一种固液动力探空火箭地面发射时序控制系统

说明书

技术领域

本发明属于控制系统领域，具体来说，是一种用于固液动力探空火箭的地面发射时序控制系统。

背景技术

固液动力探空火箭是一种新型的、采用固液火箭发动机作为动力装置的、具有推力可调、可重复启动等特点的飞行器。其发动机工作原理是，触发点火器后打开液路阀门释放液体氧化剂，氧化剂在燃烧室中与固体燃料接触并燃烧，发动机开始工作，同时打开增压阀门调节氧化剂流量，改变推进剂的燃烧速率，实现发动机的变推力调节。其中点火器、液路阀门和增压阀门的精确时序控制是发动机工作的关键环节。而时序的精确控制便是完成固液探空火箭发射的关键技术，所以对固液动力探空火箭地面发射时序控制系统进行设计和研究具有重要意义。

现有的飞行器或发动机的发射时序控制系统多是用于以液体或固体为动力的飞行器或发动机，专门用于以固液为动力的探空火箭的时序控制系统极为稀少。在文献导弹与航天运载技术-2004-1（34）《载人航天运载火箭地面测试发射控制系统》中虽然介绍了一种测试发射控制系统，但其结构复杂，程序繁琐，体积大，不易移动，不可远距离操控，不能适应野外机动发射的条件。在公开号为CN102042122A的发明专利《便携式火箭发动机地面试验测量与控制系统》中介绍的便携式火箭发动机地面试验测量与控制系统，主要用于实现火箭发动机地面试验过程中的压力、温度、流量、推力等试验参数的采集，但对发动机点火器的点火、电磁阀门的开启和关闭等时序精确控制功能并不完善；这种便携式火箭发动机地面试验测量与控制系统只适用于实验室条件下的地面试验，并不适用于发射场条件下的飞行器发射,更不适用于新型的固液动力火箭的发射控制工作。因此针对固液动力火箭地面发射控制设计精确的时序控制系统对固液探空火箭的进一步研究测试及发展有着重要作用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明充分考虑到固液动力探空火箭的特点，提出一种能够协调箭上和地面时序控制、远程安全可靠点火、稳定开启液路阀门、增压阀门、完成火箭地面高精度发射时序的控制系统，完全满足固液动力探空火箭发射的控制系统要求。

一种固液动力探空火箭的地面发射时序控制系统，其特征在于：包括主控计算机、地面时序控制系统与箭上单片机控制系统。

所述地面时序控制系统包括PLC时序控制单元、第一继电器、第二继电器以及由液路阀门电源、点火器电源与逻辑电源构成的供电单元。其中，PLC时序控制单元包括CPU模块与扩展模块，通过逻辑电源独立供电。CPU模块用来接收主控计算机发送控制信号。当CPU模块接收到控制信号后，可根据CPU模块内部预设的箭上单片机控制系统开启时刻，实现在开启时刻向箭上单片机控制系统中的单片机发送触发信号，控制单片机的开启；同时接收箭上单片机控制系统反馈的箭上发动机增压阀门开关状态信息。PLC时序控制单元还用来向箭上锂电池发送供电信号，控制箭上锂电池为箭上控制电路供电。

所述扩展模块实现PLC时序控制单元的输入输出点数的增加；扩展模块与第一继电器、点火器电源和箭上发动机点火器间形成点火器控制回路；由此通过对第一继电器供电使得其常闭触点断开，常开触点吸合，完成点火器电源正极与点火器正极的接通；随后当CPU模块接收到控制信号后，控制扩展模块接通回路，完成点火器电源对箭上发动机点火器的供电，实现箭上发动机点火器的开启；并根据CPU模块内部预设的箭上发动机点火器开启时长，实现在到达开启时长后，控制扩展模块使回路断开，完成点火器电源对箭上发动机点火器的断电。扩展模块还与第二继电器、箭上发动机液路阀门电源、箭上发动机液路阀门间形成液路阀门控制回路；由此对第二继电器供电使得其常闭触点断开，常开触点吸合，完成点火器电源正极与点火器正极的接通；随后当CPU模块接收到开关信号后，可根据CPU模块内部预设的箭上发动机液路阀门的开启时刻与开启时长，实现在开启时刻控制扩展模块接通回路，完成液路阀门电源对箭上发动机液路阀门的供电，最终实现箭上发动机液路阀门的开启；并在到达开启时长后，控制扩展模块断开回路，完成液路阀门电源对箭上发动机液路阀门的断电；上述箭上发动机点火器与箭上发动机液路阀门的开关状态信息可通过扩展模块发送到CPU模块中，由CPU模块反馈给主控计算机。