一种固液动力飞行器地面发射控制装置

摘要

本发明公开了一种固液动力飞行器地面发射控制装置，由前端设备和后端设备组成。前端设备是主要指地面控制箱，其输出端口与固液飞行器相连接；后端设备包括主控计算机、远程控制盒，实现远程对固液动力飞行器的控制。固液动力飞行器地面发射控制装置主要完成两项功能，第一项是点火发射功能，涉及贮箱预增压、点火器点火、液路电磁阀开启；另一项是发射安全性保障功能，涉及高压气瓶释放高压气体、贮箱泄压、贮箱氧化剂排放。该装置解决传统地面发射控制装置系统复杂、便携性差、成本高等问题，并针对固液动力飞行器点火发射的特点，实现点火发射时序的精确控制，并且能够在线编程，对点火发射时序的修改简单方便。

主权项

一种固液动力飞行器地面发射控制装置，其特征在于，包括主控计算机、远程控制盒和地面控制箱；主控计算机与地面控制箱的主控计算机与地面控制箱的通讯口连接，实现远距离主控计算机与地面控制箱的通讯与控制；远程控制盒包括远程控制盒总开关、程序使能开关、模式选择开关、飞行器电路强制紧急断电开关、启动阀门输出紧急断电开关、点火器输出紧急断电开关、高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关、贮箱液体泄放阀开关和远程控制盒输出接口；远程控制盒总开关输入端连接地面控制箱上的远程控制盒电源开关输出的一端，输出端与点火器输出紧急断电开关、启动阀门输出紧急断电开关、程序使能开关、模式选择开关、飞行器上电路强制紧急断电开关、高压排气阀开关、贮箱预增压阀开关、贮箱泄压阀开关、贮箱液体泄放阀开关九个开关的输入端相连接；点火器输出紧急断电开关的输出端与地面控制箱内的继电器B的一个控制端相连接；启动阀门输出紧急断电开关的输出端与地面控制箱内的继电器A的一个控制端相连接；程序使能开关的输出端与地面控制箱内的继电器E的一个控制端相连接；模式选择开关的输出端与地面控制箱内的继电器D的一个控制端相连接；飞行器上电路强制紧急断电开关的输出端与地面控制箱内的继电器C的一个控制端相连接；高压排气阀开关的输出端与地面控制箱内的继电器F的一个控制端相连接；贮箱预增压阀开关的输出端与地面控制箱内的继电器G的一个控制端相连接；贮箱泄压阀开关的输出端与地面控制箱内的继电器H的一个控制端相连接；贮箱液体泄放阀开关的输出端与地面控制箱内的继电器I的一个控制端相连接；远程控制盒内所有装置与地面控制箱内所有装置的连接通过远程控制盒输出接口与地面控制箱与远程控制盒接口实现，远程控制盒的远程控制盒输出接口与地面控制箱的地面控制箱与远程控制盒接口连接；地面控制箱包括交流电源接口、地面控制箱与远程控制盒接口、主控计算机与地面控制箱的通讯口、地面控制箱电源开关、逻辑电源开关、远程控制盒电源开关、点火器电源开关、启动阀门电源开关、点火器输出短路开关、启动阀门输出短路开关、高压排气阀短路开关、贮箱预增压阀短路开关、贮箱泄压阀短路开关、贮箱液体泄放阀短路开关、地面供电信号灯、转电信号灯、复位信号灯、逻辑电源电压表、启动阀门电源电压表、点火器电源电压表、启动阀门输出接口电压表、点火器输出接口电压表、高压排气通路电压表、贮箱预增压通路电压表、贮箱泄压通路电压表、贮箱液体泄放通路电压表、PLC、ＰＬＣ扩展模块、继电器A、继电器B、继电器C、继电器D、继电器E、继电器F、继电器G、继电器H、继电器I、点火器电源、启动阀门电源、逻辑电源、飞行器电路控制接口、启动阀门输出接口、点火器输出接口、综合输出接口、液路电磁阀、点火器、飞行器控制电路、高压排气阀、贮箱预增压阀、贮箱泄压阀、贮箱液体泄放阀；飞行器电路控制接口是7芯的航空插头，点火器输出接口是5芯的航空插头，启动阀门输出接口是4芯航空插头，综合输出接口是14芯航空插头；地面控制箱电源开关控制地面控制箱的供电，地面控制箱电源开关的开启与闭合通过远程控制盒电源开关控制，逻辑电源开关控制逻辑电源的供电，启动阀门电源开关控制启动阀门电源的供电，点火器电源开关控制点火器电源的供电；逻辑电源电压表、启动阀门电源电压表、点火器电源电压表、启动阀门输出接口电压表、点火器输出接口电压表、高压排气通路电压表、贮箱预增压通路电压表、贮箱泄压通路电压表、贮箱液体泄放通路电压表分别测量逻辑电源的输出、启动阀门电源的输出、点火器电源的输出、启动阀门输出接口、点火器输出接口、高压排气阀供电通路、贮箱预增压阀供电通路、贮箱泄压阀供电通路、贮箱液体泄放阀供电通路的电压，并且显示电压值；主控计算机通过主控计算机与地面控制箱的通讯口连接PLC的通讯口PORT0；继电器A的常闭触点与PLC扩展模块的3L端子相连，控制端与启动阀门输出紧急断电开关的输出端相连，常开触点与启动阀门电源输出正极相连，继电器A的端子“输出A”与启动阀门输出接口的一端子相连；PLC扩展模块的3L端子与启动阀门输出接口的另一端子相连；启动阀门输出电压表和启动阀门输出短路开关的两端分别与启动阀门输出接口的这两个端子相连接；启动阀门输出接口向外输出连接液路电磁阀；继电器B的常闭触点与PLC扩展模块的2L端子相连，控制端与点火器输出紧急断电开关的输出端相连；常开触点与点火器电源输出正极相连，继电器B的端子“输出B”与点火器输出接口的一端子相连；PLC扩展模块的2L端子与点火器输出接口的另一端子相连，点火器输出电压表和点火器输出短路开关的两端分别与点火器输出接口的这两个端子相连接；点火器输出接口向外输出连接点火器；继电器C的常闭触点与逻辑电源输出的正极相连，控制端与飞行器上电路强制紧急断电开关的输出端相连；常开触点与PLC的Q0.6端子相连，继电器C的“输出C”端子与飞行器电路控制接口的一个端子相连；继电器D的常闭触点与逻辑电源输出的正极相连，控制端与模式选择开关的输出端相连；常开触点与逻辑电源输出的负极相连，继电器D的“输出D”端子与PLC的I0.0端子相连；继电器E的常开触点与逻辑电源输出的正极相连，控制端与程序使能开关的输出端相连；继电器E55的“输出E”端子与PLC的I0.1相连；继电器F的常开触点与启动阀门电源输出的正极相连，控制端与高压排气阀开关的输出端相连，常闭触点与启动阀门电源输出的负极相连，继电器F的“输出F”端子与综合输出接口的一个端子相连，综合输出接口的另一个端子与启动阀门电源输出的负极相连；高压排气通路电压表和高压排气阀短路开关的两端分别与综合输出接口的这两个端子相连接；综合输出接口这两个端子向外输出连接高压排气阀；继电器G的常开触点与启动阀门电源输出的正极相连，控制端与贮箱预增压阀开关的输出端相连，常闭触点与启动阀门电源输出的负极相连，继电器G的“输出G”端子与综合输出接口的一个端子相连，综合输出接口的另一个端子与启动阀门电源输出的负极相连；贮箱预增压通路电压表和贮箱预增压阀短路开关的两端分别与综合输出接口的这两个端子相连接；综合输出接口这两个端子向外输出连接贮箱预增压阀；继电器H的常开触点与启动阀门电源输出的正极相连，控制端与贮箱泄压阀开关的输出端相连，常闭触点与启动阀门电源输出的负极相连，继电器H的“输出H”端子与综合输出接口的一个端子相连，综合输出接口的另一个端子与启动阀门电源输出的负极相连；贮箱泄压通路电压表和贮箱泄压阀短路开关的两端分别与综合输出接口的这两个端子相连接；综合输出接口这两个端子向外输出连接贮箱泄压阀；继电器I的常开触点与启动阀门电源输出的正极相连，控制端与贮箱液体泄放阀开关的输出端相连，常闭触点与启动阀门电源输出的负极相连，继电器Ｉ的“输出Ｉ”端子与综合输出接口的一个端子相连，综合输出接口的另一个端子与启动阀门电源输出的负极相连；贮箱液体泄放通路电压表和贮箱液体泄放阀短路开关的两端分别与综合输出接口的这两个端子相连接；综合输出接口这两个端子向外输出连接贮箱液体泄放阀；PLC的I L+端子、Q L+端子、Q1L+端子、Q2L+端子、Q0.5端子与逻辑电源的输出正极相连接，PLC的I M端子、I1M端子、I2M端子、Q M端子、Q1M端子、Q2M端子与逻辑电源的输出负极相连接；PLC扩展模块的L+端子、Q0L端子与逻辑电源的输出正极相连接，PLC扩展模块的M端子与逻辑电源的输出负极相连接；PLC扩展模块的2端子与点火器电源的输出负极相连接；PLC扩展模块的3端子与启动阀门电源的输出负极相连接；PLC扩展模块的Q0端子与飞行器电路控制接口的一个端子相连，PLC的Q2M端子、Q0.5端子分别与飞行器电路控制接口的一个端子相连，飞行器电路控制接口向外输出连接飞行器控制电路；转电信号灯的两端分别连接PLC的Q0.5端子和PLC的Q2M端子，复位信号灯的两端分别连接继电器C的“输出C”端子和PLC的Q2M端子，地面供电信号灯的两端分别连接PLC扩展模块的Q0端子和PLC的Q2M端子；地面控制箱电源开关的两个输入端连接交流电源接口；地面控制箱电源开关的两个输出端分别连接逻辑电源开关、远程控制盒电源开关、启动阀门电源开关、点火器电源开关的两个输入端；逻辑电源开关的两个输出端分别连接逻辑电源的两个交流220V输入端，逻辑电源的两个输出端连接逻辑电源电压表；远程控制盒电源开关的一个输出端连接远程控制盒总开关的输入端，远程控制盒电源开关的另一个输出端连接继电器A、继电器B、继电器C、继电器D、继电器E、继电器F、继电器G、继电器H、继电器I的另一控制端；启动阀门电源开关的两个输出端分别连接启动阀门电源的两个交流220V输入端，启动阀门电源的两个输出端连接启动阀门电源电压表；点火器电源开关的两个输出端分别连接点火器电源的两个交流220V输入端，点火器电源的两端连接点火器电源电压表；在飞行器点火发射之前，地面控制箱的各个开关要处于初始状态，即：地面控制箱电源开关开启，逻辑电源开关开启，远程控制盒电源开关开启，启动阀门电源开关开启，点火器电源开关开启，启动阀门输出短路开关闭合，点火器输出短路开关闭合，高压排气阀短路开关闭合，贮箱预增压阀短路开关闭合，贮箱泄压阀短路开关闭合，贮箱液体泄放阀短路开关闭合；远程控制盒的各个开关也处于初始状态：远程控制盒总开关开启，点火器输出紧急断电开关开启，启动阀门输出紧急断电开关闭合，程序使能开关开启，模式选择开关闭合，飞行器电路强制紧急断电开关闭合，高压排气阀开关开启、贮箱预增压阀开关开启、贮箱泄压阀开关开启、贮箱液体泄放阀开关开启；发射前的初始状态时，点火器输出接口是短路的，启动阀门输出接口是短路的，高压排气阀供电通路是短路的，贮箱预增压阀供电通路是短路的，贮箱泄压阀供电通路是短路的，贮箱液体泄放阀供电通路是短路的；通过交流电源接口连接220V交流电、芯航空插头连接地面控制箱与远程控制盒连接口、远程控制盒输出接口以及主控计算机与地面控制箱的通讯口，闭合地面控制箱电源开关接通220V交流电；闭合逻辑电源开关，则逻辑电源电压表显示逻辑电源输出电压24V；闭合地面控制箱远程控制盒电源开关和远程控制盒总开关接通地面控制箱和远程控制盒的联系，闭合远程控制盒模式选择开关用主控计算机测试PLC与主控计算机是否通讯正常即485通讯；闭合启动阀门电源开关，则启动阀门电源电压表显示启动阀门电源输出电压28V；闭合点火器电源开关，则点火器电源电压表显示点火器电源电压24V；开启启动阀门输出短路开关，开启点火器输出短路开关，开启高压排气阀短路开关，开启贮箱预增压阀短路开关，开启贮箱泄压阀短路开关，开启贮箱液体泄放阀短路开关；此时，地面控制箱状态处于发射前状态；远程控制盒飞行器电路紧急断电开关闭合，贮箱预增压阀开关闭合使得高压气瓶向贮箱充高压气体，之后再开启贮箱预增压阀开关，触发主控计算机的转电操作按键，执行PLC内的转电程序，飞行器电路的供电由地面提供转为由飞行器电池提供；远程控制盒的点火器输出紧急断电开关闭合、远程控制盒的启动阀门输出紧急断电开关闭合使得点火器输出接口和启动阀门输出接口均未处于短路断电状态；闭合远程控制盒程序使能开关；此时，远程控制盒也处于发射前状态；触发主控计算机的点火发射操作按键，执行PLC内的点火程序，完成飞行器的地面点火发射；在飞行器飞行过程中需要对阀门等进行的控制由飞行器控制电路执行；如果飞行器未能飞出发射架，依次闭合远程控制盒的高压排气阀开关、贮箱泄压阀开关、贮箱液体泄放阀开关，实现对飞行器高压气瓶中的高压气体的泄放、飞行器贮箱中的气体泄放和贮箱中液体氧化剂的排放，排除飞行器的由于故障而产生的不安全因素；固液动力飞行器对点火器的供电时间、液路电磁阀的供电时间以及二者之间的时间间隔需要精确的控制时序，点火发射控制时序表1所示：表1点火发射控制时序表地面控制箱内的逻辑电源、启动阀门电源、点火器电源的输出回路是物理隔离的，避免了电路间的串扰；地面控制箱上面板的指示灯显示地面控制箱的飞行器控制接口的各输出信号的状态；在点火发射之前，固液动力飞行器需要对氧化剂贮箱加压，所设计的固液动力飞行器地面发射控制装置通过远程控制盒的贮箱预增压开关开启贮箱预增压阀，完成高压气瓶对贮箱的预增压；如果发射时，固液动力飞行器未能顺利飞出发射架，需要远程对飞行器排险；固液动力飞行器地面发射控制装置通过远程控制盒的高压排气阀开关、贮箱泄压阀开关、贮箱泄放阀开关的依次开启排放飞行器高压气瓶中高压气体、贮箱中的增压气体、贮箱中的液体氧化剂，排除飞行器的不安全因素；在远程控制盒启动阀门输出紧急断电开关开启或地面控制箱的启动阀门输出短路开关闭合，两种状态只要具备其一，地面控制箱后面板的启动阀门输出接口就是短路的；在远程控制盒点火器输出紧急断电开关开启或地面控制箱的点火器输出短路开关闭合，两种状态只要具备其一，地面控制箱后面板的点火器输出接口就是短路的；在远程控制盒高压排气阀开关开启或地面控制箱的高压排气阀短路开关闭合，两种状态只要具备其一，高压排气阀的两个输入端子就是短路的；在远程控制盒贮箱预增压阀开关开启或地面控制箱的贮箱预增压阀短路开关闭合，两种状态只要具备其一，贮箱预增压阀的两个输入端子就是短路的；在远程控制盒贮箱泄压阀开关开启或地面控制箱的贮箱泄压阀短路开关闭合，两种状态只要具备其一，贮箱泄压阀的两个输入端子就是短路的；在远程控制盒贮箱液体泄放阀开关开启或地面控制箱的贮箱液体泄放阀短路开关闭合，两种状态只要具备其一，贮箱液体泄放阀的两个输入端子就是短路的；远程控制盒飞行器电路强制紧急断电开关开启切断飞行器控制电路的电池供电；远程控制盒程序使能开关的开启是PLC内程序能够执行的先决条件；地面控制箱与远程控制盒的连接线承载的是220V交流电，远距离传输控制量；发射时，地面控制箱放置于发射架附近，远程控制盒和主控计算机远程控制飞行器的点火发射。