一种可重复使用运载器火工品保护电路

摘要

本发明公开了一种可重复使用运载器火工品保护电路，属于航天器火工品保护电路设计领域。该电路包括地面解保保护控制电路、器上解保保护控制电路、火工品解保保护电路，通过采用磁保持继电器常闭触点串联的方式实现了火工品的短路保护；通过采用遥控、器上程控或地面控制的方式实现火工品电路的短路保护和解保，实现了火工品的按需保护和按需解保的目的；通过选取所有磁保持继电器一对常闭触点与电阻串联并与其上常开触点并联、然后将所有部分串联的方式，实现了一个检测电路完成全部火工品电路保护状态检测的目的。该电路简单、可靠，不但可应用于重复使用运载器，还可应用于轨道再入飞行器，也可推广应用到其他航天飞行器型号或项目中。

权利要求

1.一种可重复使用运载器火工品保护电路，其特征在于包括地面解保保护控制电路、器上解保保护控制电路、火工品解保保护电路,地面电源、地面解保保护控制电路和火工品解保保护电路构成地面火工品保护回路；器上电源、器上解保保护控制电路和火工品解保保护电路构成器上运载器火工品保护回路，其中，地面解保保护控制电路，接收地面保护控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的保护输入端；接收地面解保控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的解保输入端；

器上解保保护控制电路，接收运载器上遥控和程控保护控制指令，将器上电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的保护输入端；接收器上遥控和程控解保控制指令，将器上电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的解保输入端；

火工品解保保护电路，在解保输入端电压控制下对n个火工品桥丝进行开路控制，解除n个火工品的短路保护；在保护输入端电压控制下对火工品桥丝进行短路控制，实现n个火工品的短路保护；

所述火工品解保保护电路包括解保输入端、保护输入端、2n个磁保持继电器，2n个磁保持继电器的加电线圈负端和断电线圈负端均同时并联连接至器上电源和地面电源的负端，

2n个磁保持继电器的加电线圈正端均串联电阻后并联连接至解保输入端，形成解保电路；

2n个磁保持继电器的断电线圈正端均串联电阻后并联连接至保护输入端，形成保护电路；

每两个磁保持继电器构成一个火工品保护单元，每个磁保持继电器选择一对常闭触点，2对常闭触点串联连接，然后与对应的火工品桥丝并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种可重复使用运载器火工品保护电路，其特征在于所述地面解保保护控制电路包括继电器Kdp、Kdu，继电器Kdp的常开触点Kdp.1与继电器Kdu的常闭触点Kdu.2串联，构成地面保护控制电路；继电器Kdu的常开触点Kdu.1与继电器Kdp的常闭触点Kdp.2串联，构成地面解保控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种可重复使用运载器火工品保护电路，其特征在于所述器上解保保护控制电路包括继电器Kp1、Kp2、Ku1、Ku2，继电器Kp1和继电器Kp2的两对常开触点并串联连接，然后与继电器Ku1的两对并联的常闭触点串联，构成器上保护控制电路；继电器Ku1和继电器Ku2的两对常开触点并串联连接，然后与继电器Kp1的两对并联的常闭触点串联，构成器上解保控制电路。

4.根据权利要求2或3所述的一种可重复使用运载器火工品保护电路，其特征在于地面解保保护控制电路或器上解保保护控制电路的保护控制电路输出和解保控制电路输出分别连接到二极管正极，二极管负极再连接到火工品解保保护电路。

5.根据权利要求1所述的一种可重复使用运载器火工品保护电路，其特征在于还包括检测电路，所述检测电路包括解保与保护检测电路、器上检测电路以及地面检测点，解保与保护检测电路由R0，R1，…R2n和火工品保护解保电路2n个磁保持继电器中每个继电器中的一对触点组成，R0与2n对触点串联联接，其中每对触点的常闭触点与对应电阻Ri,i＝1至2n串联，然后与常开触点并联连接；解保与保护检测电路的两端同时用作器上检测点和地面检测点。

6.根据权利要求5所述的一种可重复使用运载器火工品保护电路，其特征在于器上检测电路由器上电源Vcc、电阻Rv、Rv1、Rv2及AD采集器组成，电阻Rv和电阻Rv1串联连接，其连接点接至一个器上检测点，电阻Rv的另一端连接VCC，电阻Rv1的另一端连接AD采集器，RV2一端连接AD采集器，另一端连接另一个器上检测点，同时该器上检测点接地，所述AD采集器的输入阻抗远远大于电阻Rv、Rv1、Rv2的阻值。

说明书

一种可重复使用运载器火工品保护电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可重复使用运载器火工品保护电路，属于航天器火工品保护电路设计领域。

背景技术

[0002] 火工品是涉及航天运载器许多分系统的一类重要组件，其正常工作与否直接影响到运载器任务目标的实现。特别是对重复使用运载器而言，需要经历地面段、上升段、在轨运行段、再入返回段等各种飞行任务阶段恶劣的环境条件，导致电火工品处于复杂的力、热及电磁与空间环境。与传统运载器不同，重复使用运载还需要实现再入返回和着陆检测，需在运载器着陆后确保未起爆火工品的安全性和可靠性，这就对火工品的安全可靠性提出了更高的要求。

[0003] 传统运载器一般采用火工品短路插头直接短路火工品桥丝电阻的方式进行保护，在运载器起飞前拔掉短路保护盖进行解保，目前，绝大部分火箭、导弹、武器、卫星等型号采用这种方式实现火工品保护功能。此外，也有采用火工品短路保护插头直接短路火工品母线的方式进行保护，同样，也是在起飞前拔掉短路保护盖进行解保。为了进一步提高火工品使用的安全性，实现临近发射时刻解保火工品电路，人们还提出了将火工品的两端连接至脱落电连接器的器上端的两个接触件上，通过在脱落电连接器地面端进行短跨实现火工品的短路保护，当脱落电连接器的地面端与器上端分离后，解除火工品短路保护。由于传统上运载火箭、导弹等均为一次性使用飞行器，采用上述方法能确保地面使用的安全性，没有再入返回与着陆后重复检测与使用的需求。而对重复使用运载器而言，既要满足火工品在发射前地面使用的安全性，也要满足再入返回着陆后火工品使用安全性，同时，还要确保在轨与再入飞行中火工品的安全性，因此，研究新的、满足重复使用运载器需要的火工品电路短路保护方法具有重要的现实意义。

发明内容

[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提供一种可以对火工品进进行按需保护、按需解保和检测的用于重复使用运载器的火工品保护电路。

[0005] 本发明的技术解决方案是：一种可重复使用运载器火工品保护电路，该电路包括地面解保保护控制电路、器上解保保护控制电路、火工品解保保护电路,地面电源、地面解保保护控制电路和火工品解保保护电路构成地面火工品保护回路；器上电源、器上解保保护控制电路和火工品解保保护电路构成器上运载器火工品保护回路，其中，[0006] 地面解保保护控制电路，接收地面保护控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的保护输入端；接收地面解保控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的解保输入端；

[0007] 器上解保保护控制电路，接收运载器上遥控/程控保护控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的保护输入端；接收器上遥控/程控解保控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的解保输入端；

[0008] 火工品解保保护电路，在解保输入端电压控制下对n个火工品桥丝进行开路控制，解除n个火工品的短路保护；在保护输入端电压控制下对火工品桥丝进行短路控制，实现n个火工品的短路保护。

[0009] 所述火工品解保保护电路包括解保输入端、保护输入端、2n个磁保持继电器，2n个磁保持继电器的加电线圈负端和断电线圈负端均同时并联连接至器上电源和地面电源的负端，2n个磁保持继电器的加电线圈正端均串联电阻后并联连接至解保输入端，形成解保电路；2n个磁保持继电器的断电线圈正端均串联电阻后并联连接至保护输入端，形成保护电路；每两个磁保持继电器构成一个火工品保护单元，每个磁保持继电器选择一对常闭触点，该2对常闭触点串联连接，然后与对应的火工品桥丝并联连接。

[0010] 所述地面解保保护控制电路包括继电器Kdp、Kdu，继电器Kdp的常开触点Kdp.1与继电器Kdu的常闭触点Kdu.2串联，构成地面保护控制电路；继电器Kdu的常开触点Kdu.1与继电器Kdp的常闭触点Kdp.2串联，构成地面解保控制电路。

[0011] 所述器上解保保护控制电路包括继电器Kp1、Kp2、Ku1、Ku2，继电器Kp1和继电器Kp2的两对常开触点并串联连接，然后与继电器Ku1的两对并联的常闭触点串联，构成器上保护控制电路；继电器Ku1和继电器Ku2的两对常闭触点并串联连接，然后与继电器Kp1的两对并联的常开触点串联，构成器上解保控制电路。

[0012] 地面解保保护控制电路或器上解保保护控制电路的保护控制电路输出和解保控制电路输出分别连接到二极管正极，二极管负极再连接到火工品解保保护电路。

[0013] 该电路还包括检测电路，所述检测电路包括解保与保护检测电路、器上检测电路以及地面检测点，解保与保护检测电路由R0，R1，…R2n和火工品保护解保电路2n个磁保持继电器中每个继电器中的一对触点组成，R0与2n对触点串联联接，其中每对触点的常闭触点与对应电阻Ri,i＝1ˉ2n串联，然后与常开触点并联连接；解保与保护检测电路的两端同时用作器上检测点和地面检测点。

[0014] 器上检测电路由器上电源Vcc、电阻Rv、Rv1、Rv2及AD采集器组成，电阻Rv和电阻Rv1串联连接，其连接点接至一个器上检测点，电阻Rv的另一端连接VCC，电阻Rv1的另一端连接AD采集器，RV2一端连接AD采集器，另一端连接另一个器上检测点，同时该器上检测点接地，所述AD采集器的输入阻抗远远大于电阻Rv、Rv1、Rv2的阻值。

[0015] 所述检测电路的中的n+1个电阻选择具有不同阻值的电阻。

[0016] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0017] (1)本发明采用遥控或器上程控实现火工品电路短路保护和解保，实现了火工品的按需保护和按需解保，不仅可提供地面维护、使用、运输、试验等过程中的火工品短路保护，还可实现飞行过程中火工品的短路保护，提高了火工品使用安全性。

[0018] (2)本发明采用磁保持继电器触点与不同阻值电阻串联的方式进行火工品保护状态检测的方法，可实现一个检测电路一次完成器上所有火工品保护状态的检测，提高了检测效率，简化了火工品保护状态检测电路的设计。

[0019] (3)本发明采用基于磁保持继电器触点串联的火工品短路保护电路设计方法，相对常规采用短路插头进行火工品短路保护的方法相比，一方面简化了电缆网的设计，节省了系统质量；另一方面，采用地面和遥控与器上程控进行火工品短路保护与解保的方式，可有效简化操作，降低因人工进行短路插头插拔操作带来的风险。

附图说明

[0020] 图1为可重复使用运载器火工品保护与解保电路图；

[0021] 图2为火工品保护单元的主要内部连接示意图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0023] 图1为本发明一种可重复使用运载器火工品保护电路图。如图1所示。该保护电路包括地面解保保护控制电路、器上解保保护控制电路、火工品解保保护电路和检测电路,其中，

[0024] 地面解保保护控制电路，接收地面保护控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的保护输入端；接收地面解保控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的解保输入端；

[0025] 器上解保保护控制电路，接收运载器上遥控/程控保护控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的保护输入端；接收器上遥控/程控解保控制指令，将地面电源正极电压信号输出至火工品解保保护电路的解保输入端；

[0026] 火工品解保保护电路，在解保输入端电压控制下对n个火工品桥丝进行开路控制，解除n个火工品的短路保护；在保护输入端电压控制下对火工品桥丝进行短路控制，实现n个火工品的短路保护；

[0027] 地面电源、地面解保保护控制电路和火工品解保保护电路构成地面火工品保护回路；器上电源、器上解保保护控制电路和火工品解保保护电路构成器上运载器火工品保护回路。解保电路和保护电路的控制分为器上部分和地面部分，两者均能实现对解保电路和保护电路的控制，按照任务的需要进行使用。

[0028] 检测电路包括解保与保护检测电路、器上检测电路以及地面检测点。地面检测可通过万用表进行测量，用于在地面状态、特别是运载器未加电状态对火工品保护电路状态进行检测，器上检测电路用以在飞行过程中对火工品保护电路状态进行在线检测。

[0029] 以下对各个部分进行详细介绍。

[0030] (一)、火工品解保保护电路

[0031] 火工品解保保护电路包括解保输入端、保护输入端、2n个磁保持继电器(编号K1～K2n)，2n个磁保持继电器的加电线圈(X线圈)负端和断电线圈(Y线圈)负端均同时并联连接至器上电源和地面电源的负端，2n个磁保持继电器的X线圈正端均串联电阻后并联连接至解保输入端，形成解保电路；2n个磁保持继电器的Y线圈正端均串联电阻后并联连接至保护输入端，形成保护电路；每两个磁保持继电器构成一个火工品保护单元，两个磁保持继电器各选择一对常闭触点(例如K1.1,K2.1)，该2对常闭触点串联连接，然后与火工品桥丝并联连接，实现对火工品的保护，如图2所示。

[0032] (二)、地面解保保护控制电路

[0033] 地面解保保护控制电路包括继电器Kdp、Kdu，继电器Kdp的常开触点Kdp.1与继电器Kdu的常闭触点Kdu.2串联，构成地面保护控制电路；继电器Kdu的常开触点Kdu.1与继电器Kdp的常闭触点Kdp.2串联，构成地面解保控制电路；保护控制电路与解保控制电路的互斥。所述继电器由地面设备(通过人工手动方式)实施控制。

[0034] (三)、器上解保保护控制电路

[0035] 器上解保保护控制电路包括继电器Kp1、Kp2、Ku1、Ku2，继电器Kp1和继电器Kp2的两对常开触点串并联连接，然后与继电器Ku1的两对并联的常闭触点串联，构成器上保护控制电路；继电器Ku1和继电器Ku2的两对常闭触点串并联连接，然后与继电器Kp1的两对并联的常开触点串联，构成器上解保控制电路；所述继电器由遥控或器上程控方式实施控制；

[0036] 与地面解保保护控制电路一样，保护控制电路与解保控制电路的互斥，而且器上采用两个两对常开触点串并联连接，可靠性高，不易误触发。

[0037] 为了避免地面解保保护控制和器上解保保护控制时，对运载器其他电路的影响，地面解保保护控制电路与器上解保保护控制电路的保护控制电路输出和解保控制电路输出分别连接到二极管正极，二极管负极再连接到火工品解保保护电路。

[0038] (四)、检测电路

[0039] 检测电路包括解保与保护检测电路、器上检测电路以及地面检测点三部分。

[0040] 解保与保护检测电路由R0，R1，…R2n和火工品保护解保电路2n个磁保持继电器中每个继电器中的一对触点组成，R0与2n对触点串联联接，其中每对触点的常闭触点与对应电阻Ri,i＝1ˉ2n串联，然后与常开触点并联连接；解保与保护检测电路的两端同时用作器上检测点和地面检测点。

[0041] 器上检测电路由器上电源Vcc、电阻Rv、Rv1、Rv2及AD采集器组成，电阻Rv和电阻Rv1串联连接，其连接点接至一个器上检测点，电阻Rv的另一端连接VCC，电阻Rv1的另一端连接AD采集器，RV2一端连接AD采集器，另一端连接另一个器上检测点，同时该器上检测点接地，所述AD采集器的输入阻抗远远大于电阻Rv、Rv1、Rv2的阻值(如数十MΩ),电阻Rv1、Rv2是为了保护AD采集电路而设置的，可选为1kΩ左右，电阻Rv需根据解保与保护检测电路中总的电阻值进行设计，为了使器上检测点的电源接近于VCC/2,防止受到微小干扰信号的影响，得到更为准确的检测结果，一般取电阻Rv的阻值与解保与保护检测电路中总的电阻值相等，具体需结合各型号、项目具体情况而定。

[0042] 地面检测可采用万用表进行测量，用于在地面状态、特别是运载器未加断电状态对火工品保护电路状态进行检测。

[0043] 解保与保护检测电路的中的n+1个电阻尽量选择具有不同阻值的电阻，并使所有电阻值之和在数十千欧至数百千欧范围内

[0044] 本发明的工作原理是：利用磁保持继电器的触点，采用地面控制、器上程控、遥控的方式实现对火工品的短路保护和解保控制；在地面使用状态下，在运载器不加电状态下，可通过地面控制实现对火工品的短路保护和解保控制；而在运载器加电后，特别是在飞行过程中，可根据使用需求，通过器上程控或遥控方式实现对火工品的短路保护和解保控制，从而实现了对火工品的按需解保和保护以及重复解保和保护的目的。

[0045] 地面检测时，在运载器未加电状态，可使用万用表通过地面检测点对解保与保护检测电路上的电阻进行测量，可根据测量结果对火工品保护状态进行判别。火工品保护状态下，地面检测点测量得到的电阻值Rp(设计时已确保AD采集部分阻抗远大于解保与保护电路中2n+1个电阻之和，因此，器上检测部分对解保与保护检测电路上的电阻值的影响可忽略)为:

[0046]

[0047] 式中，Rs为线路电阻值。

[0048] 在解保状态下，地面检测点测量得到的电阻值Ru为：

[0049] Ru＝Rs+R0  (2)

[0050] 通过测量地面检测点的阻值是否为式(1)和式(2)中的值，即可判断地面状态下火工品解保与保护状态下是否正常。

[0051] 在运载器上电后，特别是在飞行过程中，可采用器上检测电路对解保与保护检测电路上的分压值进行测量。火工品保护状态下，设器上检测点两端电压为V1，则解保与保护检测电路上的电阻Rp为：

[0052]

[0053] 火工品解保状态下，设器上检测点两端电压为V2，则解保与保护检测电路上的电阻Ru为：

[0054]

[0055] 根据器上电阻值与地面测试的电阻值是否相同，即可判断运载器上电后火工品解保与保护状态下是否正常。公式(3)的结果需等于公式(1)的结果，公式(4)的结果需等于公式(2)的结果。

[0056] 根据本发明获得的简化或改进方法，如取消器上控制或/和检测部分只保留地面控制和检测部分的方法，还例如取消地面控制或/和检测部分只保留器上控制和检测部分的方法，还比如增加或减少串并联数量(例如n个火工品采用n个磁保持继电器进行设计)等等，均属于本发明的保护范围。

[0057] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。