專利名稱：一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于固體火箭發(fā)動機實驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，特別涉及一種用于固體火箭發(fā)動機在高過載旋轉試驗條件下的點火驅動系統(tǒng)，屬于航空航天領域。
背景技術：
現代導彈飛行過程中的高機動和高速旋轉會導致其上的固體火箭發(fā)動機承受很高的過載，這對固體火箭發(fā)動機的設計和研制提出了相應的要求。一方面，過載加速度會導致推進劑燃速增加，誘發(fā)燃燒室壓強升高和燃燒時間縮短，并最終導致發(fā)動機內彈道性能發(fā)生變化；另一方面，高過載會嚴重影響凝相粒子的運動規(guī)律，惡化發(fā)動機絕熱層的工作環(huán)境，嚴重時可導致絕熱防護失效，甚至發(fā)動機被燒穿而解體。高過載試驗裝置為固體火箭發(fā)動機的設計和研制提供了試驗環(huán)境，可在地面模擬大多數型號發(fā)動機在高過載苛刻條件下點火和性能測試，保證發(fā)動機具有優(yōu)良的品質指標，并使導彈獲得最佳的機動性能。 點火驅動系統(tǒng)是固體火箭發(fā)動機進行點火和性能測試的前提和核心組成部分。點火驅動系統(tǒng)的本質是通過繼電器接通或斷開點火電源回路，實現發(fā)動機點火測試。然而在高過載(O IOOg)的試驗要求下，目前常用的兩種點火驅動系統(tǒng)分別存在以下缺點第一種點火驅動系統(tǒng)為基于微機械電磁式繼電器的點火驅動器，由于結構簡單、體積小、成本低、可靠性較高等特點廣泛應用于固體火箭發(fā)動機在靜態(tài)和低轉速條件下的點火通斷測試中。一般繼電器集成于試驗控制器中并固定在旋轉試驗臺。當高過載轉動時，由于大離心力的慣性作用會使得繼電器的觸點自動閉合或者拉開，繼而無法有效控制點火電源的接通和斷開，導致試驗失??；第二種點火驅動系統(tǒng)為基于固態(tài)繼電器的點火驅動器，由于沒有運動的機械觸點功能，能在高過載、沖擊和振動環(huán)境下工作。但是固態(tài)繼電器不能實現理想的斷態(tài)電隔離，大功率半導體器件關斷后仍可有數微安或更高的漏電流存在，容易引起點火回路檢測故障，不適用于固體火箭發(fā)動機點火試驗；此外固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，存在通態(tài)壓降大、觸點組數少、過電流和電壓等指標差，電子線路的抗干擾能力不強的特點。大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。

實用新型內容本實用新型公開的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，要解決的技術問題是減小或避免點火電源回路中繼電驅動模塊在高過載(O IOOg)試驗環(huán)境下受到徑向離心慣性和切向加速沖擊的不利影響。本實用新型動態(tài)工作精準度高，能在高過載旋轉(O IOOg)情況下對固體火箭發(fā)動機進行可靠和安全的連續(xù)點火試驗。本實用新型突出改進特點在于將容易受到高過載環(huán)境作用的點火驅動回路從試驗控制電路板中剝離出來，建立獨立的繼電器驅動模塊，可以靈活方便繼電器在旋轉臺面的空間布置。通過調整繼電驅動模塊的空間位置和其內部觸點布局有效解決高過載環(huán)境下徑向離心慣性和切向加速沖擊對正常點火的不利影響。[0008]本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，主要包括遠程綜合控制臺、點火電源控制模塊、試驗控制器、繼電器驅動模塊、固體火箭發(fā)動機和點火具。繼電器驅動模塊與固體火箭發(fā)動機相連。試驗控制器、繼電器驅動模塊、固體火箭發(fā)動機安裝在旋轉試驗臺上。旋轉試驗臺用于為試驗提供必要的旋轉條件和承受發(fā)動機工作時產生的高過載荷，主要包括變頻器、電機、傳動軸組件、承載軸組件、集電環(huán)組件。試驗控制器和固體火箭發(fā)動機固定在旋轉試驗臺的旋轉臺面的外側。點火電源控制模塊連接直流穩(wěn)壓電源和試驗控制器的電源輸入端。試驗控制器輸出端與繼電器驅動模塊輸入端相連，繼電器驅動模塊中繼電器的動觸點C和靜觸點D分別與直流電源和放入固體火箭發(fā)動機殼體內的點火具端點A、B連接。本實用新型可進行連續(xù)點火試驗。繼電器驅動模塊固定在旋轉試驗臺中心軸面的分線盤上，繼電器驅動模塊中繼電器動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切。本實用新型的創(chuàng)新之處正是通過調整繼電驅動模塊的空間位置和其內部觸點布局有效解決高過載環(huán)境下徑向離心慣性和切向加速沖擊對正常點火的不利影響。一方面，由于將繼電器驅動模塊從位于旋轉試驗臺的外側臺面轉移至中心軸面的分線盤處，減少旋轉半 徑，繼而極大降低了高過載試驗環(huán)境下徑向離心力對繼電器驅動模塊中機械和電子元器件的不利作用；另一方面，繼電器驅動模塊中繼電器的布局采用動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切的形式，完全消除了徑向離心作用對觸點開、閉的直接影響。動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切的布局雖然能夠消除徑向離心作用，但是在旋轉試驗臺的啟動加速階段，繼電器觸點閉合狀態(tài)容易受到切向加速沖擊作用的影響。為了解決這一問題，本實用新型在旋轉試驗臺加速啟動階段，通過點火電源控制模塊，關閉點火電源，切斷點火回路，使得切向加速沖擊對繼電器觸點影響無法產生點火輸出電流。當轉速達到高過載試驗所需的轉速條件，并且保持穩(wěn)定恒速時，切向沖擊作用消失，再通過點火電源控制模塊閉合點火電源。當試驗控制器輸入端接收來自遠程綜合控制臺的點火指令后，其輸出端通過繼電器驅動模塊中電磁閥閉合繼電器閉合動觸點C和靜觸點D，形成點火電源回路，產生大的輸出電流，引燃點火具，實現固體火箭發(fā)動機在高過載試驗環(huán)境下的點火試驗。所述的繼電器選用小體積、結構簡單和技術成熟的市售大功率輸出電流的微機械電磁式繼電器。所述的試驗控制器的控制端與遠程綜合控制臺通過集電環(huán)和線纜建立以晶體管輸入/輸出方式通信。所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)還包括配重發(fā)動機組件，所述的配重發(fā)動機組件的重量為固體火箭發(fā)動機加上二分之一的裝藥重量，其作用是在過載試驗中，平衡固體火箭發(fā)動機的重量，有效減小偏心載荷的影響。點火電源控制模塊連接的直流電源電壓為27V。一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)的工作過程為首先將試驗用過載固體火箭發(fā)動機、試驗控制器、繼電器驅動模塊固定安裝于旋轉試驗臺相應位置，并啟動旋轉臺轉動。在轉臺啟動加速階段，通過點火電源控制模塊關閉點火電源，切斷點火電源，保證切向加速沖擊對繼電器觸點作用無法形成點火回路和產生點火輸出電流；當達到高過載試驗所需的轉速條件，并保持穩(wěn)態(tài)轉速時，再通過點火電源控制模塊閉合點火電源。當試驗控制器輸入端接收來自遠程綜合控制臺的點火指令后，其輸出端通過繼電器驅動模塊中電磁閥閉合繼電器閉合動觸點C和靜觸點D，形成點火電源回路，產生大的輸出電流，引燃點火具，實現固體火箭發(fā)動機在高過載試驗環(huán)境下的點火試驗。有益效果I、繼電器選用小體積、結構簡單和技術成熟的市售大功率輸出電流的微機械電磁式繼電器。由于繼電器驅動模塊安裝在位于旋轉試驗臺中心軸面，減少旋轉半徑，繼而極大降低了高過載試驗環(huán)境下徑向離心慣性對繼電器驅動模塊中機械和電子元器件的不利作用。2、繼電器驅動模塊中繼電器的布局，采用動觸 點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切的形式，完全消除了徑向離心作用對觸點開、閉的直接影響。3、通過點火電源控制模塊，在轉臺啟動加速階段關閉點火電源，使得切向加速沖擊對繼電器觸點影響無法閉合點火回路，保證加速階段不會促發(fā)點火，有效解決了切向加速沖擊作用的影響。

圖I是本實用新型的高過載旋轉試驗臺；圖2是本實用新型的高過載旋轉試驗臺安裝示意圖；圖3是本實用新型的繼電器驅動模塊與臺面安裝示意圖；圖4是本實用新型的繼電器驅動模塊與臺面安裝主視圖；圖5是本實用新型的繼電器驅動模塊與臺面安裝俯視圖；圖6是本實用新型的點火驅動系統(tǒng)模塊連接示意框圖；其中1_旋轉臺面、2-承載軸組件、3-軸承組件、4-機架、5-傳動軸組件、6_集電環(huán)組件、7-試驗控制器、8-固體火箭發(fā)動機臺架、9-固體火箭發(fā)動機、10-分線盤、11-繼電器驅動模塊、12-配重發(fā)動機組件。具體的實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明整個高過載試驗系統(tǒng)由機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分組成。旋轉試驗臺是高過載試驗裝置的機械系統(tǒng)主體，用于為試驗提供必要的旋轉條件和承受發(fā)動機工作時產生的載荷。如圖I所示,旋轉試驗臺采用立式結構,包括旋轉臺面I、承載軸組件2、軸承組件3、機架4和傳動軸組件5以及集電環(huán)組件6。其工作原理為電機通過聯軸器與傳動軸組件5相連，為旋轉試驗臺提供旋轉所需的動力；旋轉試驗臺的載荷主要由承載軸組件2承受；承載軸組件2通過脹套與旋轉臺面I固連為一體；旋轉臺面I的轉速調節(jié)依靠電氣系統(tǒng)中的變頻調速器和電機來完成。集電環(huán)組件6主要用于實現地面遠程綜合控制臺和轉臺之間電源和點火控制信號的傳遞。本實用新型中電氣系統(tǒng)主要模擬高過載試驗環(huán)境和點火控制的實現等工作，電氣系統(tǒng)主要由變頻調速器、電機和點火驅動系統(tǒng)組成。本實用新型的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，能實現轉臺上以高轉速范圍內加減速和恒速速率下連續(xù)旋轉以及相應高過載(O IOOg)情況下進行固體火箭發(fā)動機多次點火試驗。一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，主要包括遠程綜合控制臺、點火電源控制模塊、試驗控制器7、繼電器驅動模塊11、固體火箭發(fā)動機9和點火具。繼電器驅動模塊11與固體火箭發(fā)動機9相連。試驗控制器7、繼電器驅動模塊11、固體火箭發(fā)動機9均安裝在旋轉試驗臺上。點火具放入固體火箭發(fā)動機9的殼體內。旋轉試驗臺用于為試驗提供必要的旋轉條件和承受發(fā)動機工作時產生的高過載荷，主要包括變頻器、電機、傳動軸組件5、承載軸組件2、集電環(huán)組件6。試驗控制器7和固體火箭發(fā)動機9固定在旋轉試驗臺的旋轉臺面I的外側。點火電源控制模塊連接27V直流電源和試驗控制器7的電源輸入端。試驗控制器7輸出端與繼電器驅動模塊11輸入端相連，繼電器驅動模塊11中繼電器的動觸點C和靜觸點D分別與27V直流電源和放入固體火箭發(fā)動機9殼體內的點火具端點A、B連接。本實用新型可進行連續(xù)點火試驗。繼電器驅動模塊11固定在旋轉試驗臺中心軸面的分線盤10上，繼電器驅動模塊11中繼電器動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切。本實用新型的創(chuàng)新之處正是通過調整繼電驅動模塊11的空間位置和其內部觸點布局有效解決高過載環(huán)境下徑向離心慣性和切向加速沖擊對正常點火的不利影響。一方面，由于將繼電器驅動模塊11從旋轉臺面I的外側轉移至中心軸面的分線盤10處，減少旋轉半徑，繼而極大降低了高過載試驗環(huán)境下徑向離心力對繼電器驅動模塊11中機械和電子元器件的不利作用；另一方面，繼電器驅動模塊11中繼電器的布局采用動觸點C和 靜觸點D間軸線與旋轉臺面I相切的形式，完全消除了徑向離心作用對觸點開、閉的直接影響。動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切的布局雖然能夠消除徑向離心作用，但是在旋轉試驗臺的啟動加速階段，繼電器觸點閉合狀態(tài)容易受到切向加速沖擊作用的影響。為了解決這一問題，本實用新型在旋轉試驗臺加速啟動階段，通過點火電源控制模塊，關閉點火電源，切斷點火回路，使得切向加速沖擊對繼電器觸點影響無法產生點火輸出電流。當轉速達到高過載試驗所需的轉速條件，并且保持穩(wěn)定恒速時，切向沖擊作用消失，再通過點火電源控制模塊閉合點火電源。當試驗控制器7輸入端接收來自遠程綜合控制臺的點火指令后，其輸出端通過繼電器驅動模塊11中電磁閥閉合繼電器閉合動觸點C和靜觸點D，形成點火電源回路，產生點火輸出電流，引燃點火具，實現固體火箭發(fā)動機9在高過載試驗環(huán)境下的點火試驗。如圖2、3、4、5所示，本實用新型中將易受到沖擊作用的驅動電路從試驗控制電路板中剝離出來，建立獨立的繼電器驅動模塊11，并通過螺釘安裝在位于旋轉試驗臺中心軸面的分線盤10上。當高過載連續(xù)轉動時，旋轉半徑從725mm減少到125mm，繼電器驅動模塊11相比于原先設計于試驗控制器中的驅動電路，降低了約83%的離心力作用，從而為高過載苛刻環(huán)境下可靠點火創(chuàng)造條件。如圖6所示，通過繼電器驅動模塊11中繼電器觸點的布局消除離心力作用。動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉速度方向相切，轉臺的離心力方向與觸點軸線相交，不能直接作用于動觸點C，即進一步消除了高過載離心力對動觸點C和靜觸點D之間的關、閉狀態(tài)的影響。所述的繼電器選用小體積、結構簡單和技術成熟的市售大功率輸出電流的微機械電磁式繼電器。所述的遠程綜合控制臺通過集電環(huán)和埋入地下O. 5mm2的多芯控制電纜與點火驅動系統(tǒng)建立基于晶體管輸入/輸出方式測控網絡。所述的配重發(fā)動機組件12的重量為固體火箭發(fā)動機9加上二分之一的裝藥重量，其作用是在過載試驗中，平衡固體火箭發(fā)動機9的重量，有效減小偏心載荷的影響。本實用新型的點火驅動系統(tǒng)模塊連接示意框圖如圖6所示，一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)的工作過程為當轉臺加速啟動時，通過點火電源控制模塊關閉27V直流點火電源，保證切向加速沖擊對繼電器觸點作用無法形成點火回路，不能產生點火輸出電流，避免點火誤促；當轉速達到高過載試驗條件，并且保持恒速速率下連續(xù)旋轉狀態(tài)時，通過點火電源控制模塊開啟27V直流點火電源；試驗控制器7內的控制芯片選用Altera公司的主流FPGA芯片，以滿足實時性要求和調試過程反復修改的需求。為提高控制信號的抗干擾能力，除了對試驗控制器7內的二次電源進行了隔離保護外，所有與遠程綜合控制臺相關的控制信號均為數字信號，并采用光電耦合器進行了隔離。當試驗控制器7接收到遠程綜合控制臺的點火指令后，其輸出端通過繼電器驅動模塊11中電磁閥閉合繼電器閉合動觸點C和靜觸點D，形成點火電源回路，產生5A的輸出電流，引燃點火具，實現固體火箭發(fā)動機在高過載試驗環(huán)境下的點火試驗。本實用新型中繼電器驅動模塊11可實現三通道的程控點火。本實用新型包括但不局限于本實施方式，凡是在本實用新型的精神和原則之下進·行的任何修改、刪減，都將視為在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，主要包括遠程綜合控制臺、點火電源控制模塊、試驗控制器(7)、繼電器驅動模塊(11)、固體火箭發(fā)動機(9)和點火具；繼電器驅動模塊(11)與固體火箭發(fā)動機(9)相連；試驗控制器(7)、繼電器驅動模塊(11)、固體火箭發(fā)動機(9)均安裝在旋轉試驗臺上；旋轉試驗臺用于為試驗提供必要的旋轉條件和承受發(fā)動機工作時產生的高過載荷，主要包括變頻器、電機、傳動軸組件(5)、承載軸組件(2)、集電環(huán)組件￠);試驗控制器(7)和固體火箭發(fā)動機(9)固定在旋轉臺面(I)的外側；點火電源控制模塊連接直流電源和試驗控制器(7)的電源輸入端；試驗控制器(7)輸出端與繼電器驅動模塊(11)輸入端相連；繼電器驅動模塊(11)中繼電器的動觸點C和靜觸點D分別與直流電源和放入固體火箭發(fā)動機(9)殼體內的點火具端點A、B連接；其特征在于繼電器驅動模塊(11)固定在旋轉試驗臺中心軸面的分線盤(10)上，繼電器驅動模塊(11)中繼電器動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切。
2.根據權利要求I所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于所述的繼電器選用小體積、結構簡單和技術成熟的市售大功率輸出電流的微機械電磁式繼電器。
3.根據權利要求I所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于所述的試驗控制器(7)的控制端與遠程綜合控制臺通過集電環(huán)和線纜建立以晶體管輸入/輸出方式通信。
4.根據權利要求3所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于所述的繼電器選用小體積、結構簡單和技術成熟的市售大功率輸出電流的微機械電磁式繼電器。
5.根據權利要求I所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于點火電源控制模塊連接的直流電源電壓為27V。
6.根據權利要求2所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于所述的點火具有三個點火通道。
7.根據權利要求3所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于所述的點火具有三個點火通道。
8.根據權利要求4所述的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，其特征在于所述的點火具有三個點火通道。
專利摘要本實用新型公開的一種用于固體火箭發(fā)動機高過載試驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，涉及用于固體火箭發(fā)動機實驗裝置的點火驅動系統(tǒng)，特別涉及用于固體火箭發(fā)動機在高過載旋轉試驗條件下的點火驅動系統(tǒng)，屬于航空航天領域。本實用新型包括遠程綜合控制臺、點火電源控制模塊、試驗控制器、繼電器驅動模塊、固體火箭發(fā)動機和點火具。繼電器驅動模塊固定在旋轉試驗臺中心軸面的分線盤上，繼電器驅動模塊中繼電器動觸點C和靜觸點D間軸線與旋轉臺面相切。本實用新型能減小或避免點火電源回路中繼電驅動模塊在高過載試驗環(huán)境下受到徑向離心慣性和切向加速沖擊的不利影響。本實用新型動態(tài)工作精準度高，能在高過載旋轉情況下對固體火箭發(fā)動機進行可靠和安全的連續(xù)點火試驗。
文檔編號G01M15/02GK202562747SQ201220239028
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2012年5月24日
發(fā)明者楊磊, 劉向陽, 李軍偉, 王寧飛 申請人:北京理工大學