[发明专利]基于电磁谐振的运载火箭箭地大功率无线供电系统

说明书

基于电磁谐振的运载火箭箭地大功率无线供电系统，包括地面电源变换器、发射线圈、接收线圈、能量接收处理器；地面电源变换器、发射线圈分别放置于地面发射平台或摆杆上，接收线圈、能量接收处理器安装于箭上，地面电源变换器将交流电转换为高频交流电能输入到发射线圈内，接收线圈将耦合到的磁场能量转换为高频交流电能输入给能量接收处理器，能量接收处理器进行处理后输出满足箭上负载供电需求的供电电压。本发明实现运载火箭在地面测发过程中供电的非接触、免分离，可以取代现有脱插、脱拔技术，实现火箭供电的自动对接，避免了脱插、脱拔电缆操作复杂、难度大、消耗较多人员和时间、对辅助设备依赖程度高等不足。

技术领域

本发明涉及基于电磁谐振的运载火箭箭地大功率(千瓦级)无线供电系统，属于无线供电领域。

背景技术

长期以来，运载火箭普遍采用脱插、脱拔等机械电连接器作为箭地连接的重要电气接口，在发射场测试及发射准备过程中，根据测试及发射流程，在分系统及总检查测试中需要进行多次脱插和脱拔连接器分离、对接操作，由于分离电连接器及所带电缆的重量、体积均较大，再加上操作空间和位置(例如尾部脱插连接、脱插电缆上摆杆)的限制，脱拔和脱插电缆接器的相关操作往往成为高难度、高风险操作项目，需要严格按照操作流程操作，操作过程复杂，并进行多媒体摄像记录和多岗位检查，需要大量人员保证。

此外，我国运载火箭在脱插、脱拔连接过程和脱落测试过程中历史上出现过多次连接不可靠、脱落分离不正常等问题，虽然目前脱插、脱拔分离连接器采用的机械分离结构经过多年的改进性设计产品的可靠性得到了长足的提升，但是从原理上分离机构仍较难进行冗余设计，从本质上提升分离可靠性存在一定难度。脱拔、脱插连接器除自身分离外，还需要摆杆、防回弹机构、分离钢索等机构进行辅助，因此还引入了更多的操作环节，进一步降低了系统可靠性。

综上所述，运载火箭目前普遍采用的脱插、脱拔等机械电连接器存在设计及操作使用约束多、操作复杂、难度大、消耗较多人员和时间、对辅助设备依赖程度高、无法自动对接等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有运载火箭脱插、脱拔等机械电连接技术的上述缺陷，提出一种不借助于电导线连接，基于电磁谐振的运载火箭箭地大功率无线供电系统，实现了运载火箭在地面测发控过程中的大功率无线供电。

本发明的技术解决方案：

基于电磁谐振的运载火箭箭地大功率无线供电系统，包括：地面电源变换器、发射线圈、接收线圈、能量接收处理器；地面电源变换器、发射线圈分别放置于地面发射平台或摆杆上，接收线圈、能量接收处理器安装于箭上，地面电源变换器将220V交流市电转换为高频交流电能，输入到发射线圈内，发射线圈和接收线圈是磁场能量耦合线圈，接收线圈将耦合到的磁场能量转换为高频交流电能输入给能量接收处理器，能量接收处理器进行整流滤波以及降压稳压处理后输出满足箭上负载供电需求的供电电压，所述供电电压与箭上电池、配电器共同完成运载火箭的地面测试和飞行任务的供配电需求。

地面电源变换器包括整流电路和高频逆变电路，整流电路将220V交流市电进行整流，整流后输出给高频逆变电路；高频逆变电路将其转化为谐振需要的高频交流电能，实现能量传输的高频化。

高频逆变电路为双MOSFET并联、双续流二极管并联的拓扑结构，双MOSFET并联结构包括八个MOSFET，每四个MOSFET构成一个全桥拓扑结构，八个MOSFET构成两个并联的全桥拓扑结构，并且为每个MOSFET并联一个陶瓷电容；

双续流二极管并联结构包括四个双续流二极管D1、D2、D3和D4，两个并联全桥拓扑结构的每个输出端连接有一个双续流二极管。

在发射线圈上设置发射端LCC复合补偿拓扑电路，在接收线圈上设置接收端LCC复合补偿拓扑电路，实现谐振补偿，使发射和接收回路进行谐振，提高系统传输的功率因数，保证系统可靠性和鲁棒性，使得线圈的谐振频率与耦合系数和负载条件无关。