一种用于运载火箭固体助推的安控装置的制作方法

1.本发明属于运载火箭的安控设备领域，尤其涉及一种用于运载火箭固体助推的安控装置。


背景技术：

2.运载火箭固体助推器因其无法关机，且难以引起二次爆炸的特点，无法采用液体火箭的安控模式。为防止火箭飞行过程中助推器意外分离，或正常分离后残余推进剂持续工作，必须将分离后的助推器进行安全控制，使助推器失去飞行动力，变为自由落体运动，落点可控。
3.助推安控装置是运载火箭固体助推器的关键单机，是完成固体助推器安全自毁的重要执行机构之一。助推安控装置主要任务是配合芯级安控终端或者分离开关完成固体助推器的安全自毁，它的安全性和可靠性至关重要。
4.目前，现有火箭的安控装置多应用于液体运载火箭或液体助推器，而固体助推器安全自毁方式与液体火箭或液体助推器不同，因此，有必要设计一种通用化、高可靠性的固体助推器安控装置，能满足固体助推器的安控时序处理和引爆执行控制需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种用于运载火箭固体助推的安控装置，包括：二次电源模块、安控逻辑处理模块、安控准备与执行模块；其中：
6.所述二次电源模块与外部电源和安控逻辑处理模块连接，用于将外部供电进行电源滤波和二次转换，给所述安控逻辑处理模块供电；
7.所述安控逻辑处理模块，与所述二次电源模块和所述安控准备与执行模块连接，用于接收外部输入的多路“安控信号”，经过处理后以高低电平冗余控制信号的形式发送到安控准备与执行模块；
8.所述安控准备与执行模块，用于接收判决驱动电路输出的安控执行信号，驱动解锁继电器、拔销继电器、安控准备继电器、安控执行继电器动作，实现解锁、拔销、引爆安控控制功能。
9.在一个可能的实现方式中，所述安控逻辑处理模块，包括隔离转换电路、安控逻辑判断及延时电路、判决驱动电路、串口通信电路；
10.所述隔离转换电路用于接收外部输入的多路“安控信号”，通过光耦隔离转换电路转换为安控逻辑判断及延时电路可识别的信号；
11.所述安控逻辑判断及延时电路对前级信号进行安控信号判宽、安控逻辑判断及安控延时处理，安控逻辑处理后输出高低电平冗余控制信号到判决驱动电路；
12.所述判决驱动电路，根据不同冗余需求选择串联、并联、并串联中任意一种或几种不同的判决驱动方式，冗余判决后输出多路安控执行信号到安控准备与执行模块；
13.所述安控准备与执行模块，用于接收判决驱动电路输出的安控执行信号，驱动解
锁继电器、拔销继电器、安控准备继电器、安控执行继电器动作，实现解锁、拔销、引爆中任意一种或几种安控控制功能。
14.在一个可能的实现方式中，所述二次电源模块包括emi滤波电路和电源转换电路。
15.在一个可能的实现方式中，所述隔离转换电路用于接收外部输入的“安控信号”，包括起飞、分离1、分离2、芯级安控准备、芯级引爆中的一种或几种，接收后使用光耦进行隔离转换。
16.在一个可能的实现方式中，所述安控逻辑判断及延时电路采用现场可编程逻辑门阵列(fpga)及外围电路实现，以fpga为硬件平台，配合相应的软件实现安控信号判宽、逻辑判断、安控延时及通信功能；
17.所述安控逻辑处理模块自带可编程只读存储器，用于存储延时参数，可以在线装订延时；安控信号进行安控逻辑及延时处理后，输出高低电平冗余控制信号到判决驱动电路。
18.在一个可能的实现方式中，所述判决驱动电路采用固体继电器实现，通过触点的组合控制实现串联冗余、并联冗余、并串联冗余、串并联冗余中一种或多种冗余判决方式，冗余判决后输出多路安控执行信号到安控准备与执行模块。
19.在一个可能的实现方式中，串口电路采用标准422接口芯片实现，接收采编器的命令字、字码同步信号，按编帧要求发送数据到采编器。
20.在一个可能的实现方式中，安控准备与执行电路主要采用电磁继电器实现，起飞控制、安控准备控制、解锁控制、拔销控制、安控引爆控制间采用级联模式，确保安控执行的安全性。
21.与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
22.本发明提供的用于运载火箭固体助推器的安控装置，通过采用上述的技术方案，充分梳理运载火箭固体助推器安控装置的安控逻辑处理与安控执行需求，设计通用化的安控装置满足型号使用要求，在设计时充分考虑冗余设计，提高安控执行的可靠性和安全性。本装置具有通用性，安控延时装订方便，具备缩短生产周期，提高生产效率等有益效果。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明一示例性实施例提供的一种用于运载火箭固体助推器的安控装置的原理框图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
26.以下结合说明书附图和具体的实施例对本方案进行进一步详细阐述。请参阅图1，附图为本发明用于运载火箭固体助推器的安控装置的原理框图。如附图的实施例所示，该
装置包括二次电源模块、安控逻辑模块、安控准备与执行模块。
27.二次电源模块，用于把外部28v供电经滤波后转换给安控逻辑模块的fpga及外围电路供电。本实施例选用1片中电43所的emi滤波器hsfh28-461f和一片dc/dc模块hsdf28s5f。滤波器hsfh28-461f输入电压15v～50v，最大工作电流2a，500khz时噪声抑制可达55db；hsdf28s5f输入电压15v～50v，最大输出电流3a，具有欠压锁定和输出短路保护功能。
28.光耦隔离转换电路，用于接收外部输入的安控指令，通过光电耦合器隔离转换后输出至安控逻辑处理及延时电路。本实施例光电耦合器选用3片瑞普北光公司的gh5231，光电耦合器工作电压4.5～20v，可靠导通电流2～8ma，可以同时处理6路安控指令，包括但不限于起飞指令、分离1指令、分离2指令、芯级引爆准备指令、芯级引爆信号和1路预留信号。
29.安控逻辑处理及延时电路以fpga及外围电路为硬件平台，接收光耦隔离转换电路处理后的逻辑电平信号，安控逻辑处理软件对安控指令判宽、安控逻辑判断及安控延时处理，处理后输出安控执行信号到冗余判决电路。安控逻辑处理软件采用嵌入式软件，verilog hdl编程语言编制，软件编译后生成烧录文件，固化到程序存储器中。经安控逻辑处理及延时后输出起飞控制信号、解锁控制信号、拔销控制信号、安控准备控制信号、安控引爆控制信号，为降低误输出的可靠性，上述输出信号均为高低电平冗余输出。解锁控制信号、拔销控制信号、安控准备控制信号、安控引爆控制信号之间有相应的安控逻辑处理时序要求，在软件中实现。本实施例中fpga和程序存储器选用深圳国微公司的smqv300和sm18v04，晶振选用北京晨晶公司的zpb-26-10.0mhz。
30.冗余判决执行电路是将安控逻辑处理及延时电路输出的安控执行逻辑电平信号转换成能够驱动电磁继电器的执行信号，实现安控装置的安控处理。冗余判决根据实际需要进行串联冗余、并联冗余、并串联冗余等多种形式判决。本实施例中根据实际需要，考虑到可靠性和安全性需求，起飞控制、解锁控制采用并联冗余判决，拔销控制采用串联冗余判决，安控准备控制和安控引爆控制采用并串联冗余判决，本实施例中选用7片科通公司的固体继电器jgc-3008组成判决电路。
31.延时参数存储电路使用可编程只读存储器，用于存储延时参数，可以在线装订延时参数。为提高延时参数存储的可靠性，只有连续接收到3帧相同的数据时才将参数存入外部存储器，同一延时参数存在3个不连续地址中作为备份。读取延时参数遵循3判2原则，即统一参数分别从3个地址中读出，若有其中两个相同，则认为读取的参数正确。本实施例中可编程只读存储器选用深圳国微公司的sm93lc46b,容量为1kb。
32.串口通信电路负责将装置内安控执行状态按要求组帧，通过同步串行方式向上位机输出遥测参数。上位机输出命令字和字码同步信号，通信电路返回遥测参数。本实施例中422接口芯片选用深圳国微公司的sm3490，接口电路严格按照标准规范设计。
33.安控准备与执行模块接收安控逻辑模块输出的安控执行信号和外部安控指令，驱动电磁继电器动作，输出安控执行信号，配合固体助推器安全自毁装置实现安全自毁。设计时采用电磁继电器并联冗余、继电器触点并串联冗余等可靠性、安全性设计手段，提高安控执行的可靠性和安全性。安控准备与执行模块根据安控逻辑要求输出电机解锁1、电机解锁2、电机拔销1、电机拔销2、电爆管引爆1、电爆管引爆2信号等，驱动安全机构实现解锁、拔销、引爆等安控动作。本实施例中电磁继电器选用贵州航天电器的jzc-102me，触点工作电
路10a，能够满足安控引爆的大电流工作需求。
34.本发明采用充分且有效的冗余设计，彻底消除误炸助推器的单点失效；通用化的硬件平台配以安控逻辑处理软件能够满足不同固体助推器安控逻辑判断、安控延时等安控处理要求，通用性好；装置配备存储器，可以在线装订安控延时，提高了生产效率，而且节省人力、物力；该安控装置采用模块化设计，通用性好，提高了安控装置通用化、产品化程度。
35.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，包括：二次电源模块、安控逻辑处理模块、安控准备与执行模块；其中：所述二次电源模块与外部电源和安控逻辑处理模块连接，用于将外部供电进行电源滤波和二次转换，给所述安控逻辑处理模块供电；所述安控逻辑处理模块，与所述二次电源模块和所述安控准备与执行模块连接，用于接收外部输入的多路“安控信号”，经过处理后以高低电平冗余控制信号的形式发送到安控准备与执行模块；所述安控准备与执行模块，用于接收判决驱动电路输出的安控执行信号，驱动解锁继电器、拔销继电器、安控准备继电器、安控执行继电器动作，实现解锁、拔销、引爆安控控制功能。2.根据权利要求1所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，所述安控逻辑处理模块，包括隔离转换电路、安控逻辑判断及延时电路、判决驱动电路、串口通信电路；所述隔离转换电路用于接收外部输入的多路“安控信号”，通过光耦隔离转换电路转换为安控逻辑判断及延时电路可识别的信号；所述安控逻辑判断及延时电路对前级信号进行安控信号判宽、安控逻辑判断及安控延时处理，安控逻辑处理后输出高低电平冗余控制信号到判决驱动电路；所述判决驱动电路，根据不同冗余需求选择串联、并联、并串联中任意一种或几种不同的判决驱动方式，冗余判决后输出多路安控执行信号到安控准备与执行模块；所述安控准备与执行模块，用于接收判决驱动电路输出的安控执行信号，驱动解锁继电器、拔销继电器、安控准备继电器、安控执行继电器动作，实现解锁、拔销、引爆中任意一种或几种安控控制功能。3.根据权利要求1所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，所述二次电源模块包括emi滤波电路和电源转换电路。4.根据权利要求2所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，所述隔离转换电路用于接收外部输入的“安控信号”，包括起飞、分离1、分离2、芯级安控准备、芯级引爆中的一种或几种，接收后使用光耦进行隔离转换。5.根据权利要求2所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，所述安控逻辑判断及延时电路采用现场可编程逻辑门阵列(fpga)及外围电路实现，以fpga为硬件平台，配合相应的软件实现安控信号判宽、逻辑判断、安控延时及通信功能；所述安控逻辑处理模块自带可编程只读存储器，用于存储延时参数，可以在线装订延时；安控信号进行安控逻辑及延时处理后，输出高低电平冗余控制信号到判决驱动电路。6.根据权利要求2所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，所述判决驱动电路采用固体继电器实现，通过触点的组合控制实现串联冗余、并联冗余、并串联冗余、串并联冗余中一种或多种冗余判决方式，冗余判决后输出多路安控执行信号到安控准备与执行模块。7.根据权利要求2所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，串口电路采用标准422接口芯片实现，接收采编器的命令字、字码同步信号，按编帧要求发送数据到采编器。
8.根据权利要求1所述的一种用于运载火箭固体助推的安控装置，其特征在于，安控准备与执行电路主要采用电磁继电器实现，起飞控制、安控准备控制、解锁控制、拔销控制、安控引爆控制间采用级联模式，确保安控执行的安全性。

技术总结
本发明提供了一种用于运载火箭固体助推的安控装置，该装置包括：二次电源模块、安控逻辑处理模块、安控准备与执行模块；其中：所述二次电源模块与外部电源和安控逻辑处理模块连接，用于将外部供电进行电源滤波和二次转换，给所述安控逻辑处理模块供电；所述安控逻辑处理模块，与所述二次电源模块和所述安控准备与执行模块连接，用于接收外部输入的多路“安控信号”，经过处理后以高低电平冗余控制信号的形式发送到安控准备与执行模块；所述安控准备与执行模块，用于接收判决驱动电路输出的安控执行信号，驱动解锁继电器、拔销继电器、安控准备继电器、安控执行继电器动作，实现解锁、拔销、引爆等安控控制功能。销、引爆等安控控制功能。销、引爆等安控控制功能。


技术研发人员：臧照祥 王祖全 侯林 孙斯亮 佘丽佳 汪小丽 罗捷 魏继栋 朱明一
受保护的技术使用者：上海航天测控通信研究所
技术研发日：2023.01.09
技术公布日：2023/4/18