CN110764432A - 一种动态开伞控制*** - Google Patents

Abstract

一种动态开伞控制***，属于航天器试验控制技术领域，通过安装在模型头部的空速管测量模型的轴向总压和静压，经大气测量计算机处理后输出模型轴向动压，然后发送至动压数据处理器，动压数据处理器将测量得到的动压值与动压阈值进行比对，同时还可以结合实时测量的过载数据。当判断综合条件达到弹伞条件后，向通用控制器发出弹试验伞指令，弹出试验降落伞。其中综合条件，特别是动压阈值是根据模型飞行弹道仿真分析后得到的仿真结果。本发明可应用于各类以验证降落伞在指定动压条件下开伞性能的空投试验的精确控制，可以有效保证试验伞的可靠工作，保障试验模型的安全回收。

Description

一种动态开伞控制***

技术领域

本发明属于航天器试验控制技术领域，具体地涉及一种动态开伞控制***。

背景技术

近几年，随着我国航天技术发展和国家航天任务的总体布局，我国已经开始开展了以火星为代表的深空探测任务。该任务包括进入火星大气层，通过伞降方式减速最终实现航天器在火星表面着陆。其中降落伞是完成该任务的重要单机产品。也是地面试验中需要重点进行性能验证的产品。开伞动压是影响降落伞工作的重要设计指标，新研制的降落伞需要通过空投试验验证降落伞能否在要求动压下顺利开伞工作。

传统空投试验中开伞动压是根据时序弹道进行开伞，测量降落伞拉直瞬间的产生的拉力结合弹道计算而得的后验数据。但对于工作在空气稀薄的地外星体的降落伞，其开伞动压低，在地球表面进行空投试验验证降落伞动压时，通过时间控制难以克服受投放条件、大气密度等影响，难以获得精确的开伞动压，很可能造成开伞时机不符合试验设计要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种动态开伞控制***，通过安装在模型头部的空速管测量模型的轴向总压和静压，经大气测量计算机处理后输出模型轴向动压，然后发送至动压数据处理器，动压数据处理器将测量得到的动压值与动压阈值进行比对，同时还可以结合实时测量的过载数据。当判断综合条件达到弹伞条件后，向通用控制器发出弹试验伞指令，弹出试验降落伞。其中综合条件，特别是动压阈值是根据模型飞行弹道仿真分析后得到的仿真结果。本发明可应用于各类以验证降落伞在指定动压条件下开伞性能的空投试验的精确控制。

本发明解决技术的方案是：

一种动态开伞控制***，包括：空速管、大气数据计算机、动压采集电池、动压数据处理器、拔销开关、通用控制器电池、通用控制器、弹伞器、试验伞、火工品电池；

所述空速管用于实时敏感飞行方向大气压力和飞行高度大气静压然后发送给大气数据计算机；所述大气数据计算机根据飞行方向大气压力和飞行高度大气静压获取实时动压发送给所述动压数据处理器；动压数据处理器判断实时动压满足开伞动压条件时向通用控制器发送开伞指令；所述通用控制器判断拔销开关输出的使能信号、开伞指令、通用控制器的计时时长共同满足开伞条件时，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出；

所述动压采集电池用于给大气数据计算机和动压数据处理器供电；所述通用控制器电池用于给通用控制器供电。

优选的，所述开伞条件为：

当拔销开关已输出使能信号且动压数据处理器已输出开伞指令且通用控制器的计时时长小于预设时长；或；当拔销开关已输出使能信号后，通用控制器的计时时长大于等于预设时长。

优选的，所述开伞动压条件为：连续测量的四次实时动压数据p₀、p₁、p₂、p₃，其中p₀、p₁、p₂依次增大，且第三次实时动压p₂、第四次实时动压p₃均大于动压阈值p。

优选的，所述动压数据处理器与通用控制器之间采用光耦隔离，所述动压数据处理器与通用控制器之间不共用地线。

优选的，所述预设时长的取值范围小于等于2s。

一种动态开伞控制***，包括：空速管、大气数据计算机、动压采集电池、动压数据处理器、拔销开关、通用控制器电池、通用控制器、弹伞器、试验伞、火工品电池、过载测量装置；

所述过载测量装置用于实时敏感过载，判断实时过载满足开伞准备条件时向通用控制器发送开伞准备指令；

所述空速管用于实时敏感飞行方向大气压力和飞行高度大气静压然后发送给大气数据计算机；所述大气数据计算机根据飞行方向大气压力和飞行高度大气静压获取实时动压发送给所述动压数据处理器；动压数据处理器判断实时动压满足开伞动压条件时向通用控制器发送开伞指令；

所述通用控制器判断拔销开关输出的使能信号、开伞准备指令、开伞指令、通用控制器的计时时长共同满足开伞条件时，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出；

所述动压采集电池用于给大气数据计算机和动压数据处理器供电；所述通用控制器电池用于给通用控制器供电。

优选的，所述开伞条件为：

当拔销开关已输出使能信号且过载测量装置已输出开伞准备指令且动压数据处理器已输出开伞指令且通用控制器的计时时长小于预设时长；或；当拔销开关已输出使能信号后，通用控制器的计时时长大于等于预设时长。

优选的，所述开伞动压条件为：连续测量的四次实时动压数据p₀、p₁、p₂、p₃，其中p₀、p₁、p₂依次增大，且第三次实时动压p₂、第四次实时动压p₃均大于动压阈值p。

优选的，所述动压数据处理器与通用控制器之间采用光耦隔离，所述动压数据处理器与通用控制器之间不共用地线。

优选的，所述预设时长的取值范围小于等于2s。

优选的，所述开伞准备条件为：连续测量三次实时过载数据a₀、a₁、a₂，且a₀、a₁、a₂依次增大，且第三次实时过载a₂大于过载阈值a。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明可以直接得到开伞时刻和降落伞下落过程中的动压数据，控制开伞时机更为精确，能够适用于更为复杂的降落环境；

(2)本发明通过测量模型轴向动压，并对动压进行判断，实现了对降落伞开伞条件的精确控制，可以为降落伞的强度验证提供更好的控制平台；

(3)本发明结合开伞使能、动压数据、过载数据、备保时间等多个条件，提高了开伞的可靠性和有效性；

(4)本发明中通过时间备份的手段，从软件和硬件两个层面提高了***的可靠性；即使大气测量计算机或动压数据处理器故障，或软件故障不能输出指令，***依然可以通过通用控制器的时间备份保证试验伞工作，完成工作目标。

附图说明

图1为本发明实施例的***构成示意图；

图2为本发明实施例的空投试验动压-时间特征曲线；

图3为本发明的***工作时序图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种动态开伞控制***，包括：空速管、大气数据计算机、动压采集电池、动压数据处理器、拔销开关、通用控制器电池、通用控制器、弹伞器、试验伞、火工品电池；

所述空速管用于实时敏感飞行方向大气压力和飞行高度大气静压然后发送给大气数据计算机；所述大气数据计算机根据飞行方向大气压力和飞行高度大气静压获取实时动压发送给所述动压数据处理器；动压数据处理器判断实时动压满足开伞动压条件时向通用控制器发送开伞指令；所述通用控制器判断拔销开关输出的使能信号、开伞指令、通用控制器的计时时长共同满足开伞条件时，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出。

所述动压采集电池用于给大气数据计算机和动压数据处理器供电；所述通用控制器电池用于给通用控制器供电。

所述动压数据处理器与通用控制器之间采用光耦隔离，所述动压数据处理器与通用控制器之间不共用地线。

所述开伞条件为：

当拔销开关已输出使能信号且动压数据处理器已输出开伞指令且通用控制器的计时时长小于预设时长；或；当拔销开关已输出使能信号后，通用控制器的计时时长大于等于预设时长。

所述开伞动压条件为：连续测量的四次实时动压数据p₀、p₁、p₂、p₃，其中p₀、p₁、p₂依次增大，且第三次实时动压p₂、第四次实时动压p₃均大于动压阈值p。

所述预设时长的取值范围小于等于2s。

实施例2：

一种动态开伞控制***，包括：空速管、大气数据计算机、动压采集电池、动压数据处理器、拔销开关、通用控制器电池、通用控制器、弹伞器、试验伞、火工品电池、过载测量装置；

所述过载测量装置用于实时敏感过载，判断实时过载满足开伞准备条件时向通用控制器发送开伞准备指令；

所述空速管用于实时敏感飞行方向大气压力和飞行高度大气静压然后发送给大气数据计算机；所述大气数据计算机根据飞行方向大气压力和飞行高度大气静压获取实时动压发送给所述动压数据处理器；动压数据处理器判断实时动压满足开伞动压条件时向通用控制器发送开伞指令；

所述通用控制器判断拔销开关输出的使能信号、开伞准备指令、开伞指令、通用控制器的计时时长共同满足开伞条件时，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出；正常情况下，通用控制器依次收到拔销开关输出的使能信号、过载测量装置输出的开伞准备指令、动压数据处理器输出的开伞指令，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出。

所述动压采集电池用于给大气数据计算机和动压数据处理器供电；所述通用控制器电池用于给通用控制器供电。

所述动压数据处理器与通用控制器之间采用光耦隔离，所述动压数据处理器与通用控制器之间不共用地线。

所述开伞条件为：

当拔销开关已输出使能信号且过载测量装置已输出开伞准备指令且动压数据处理器已输出开伞指令且通用控制器的计时时长小于预设时长；或；当拔销开关已输出使能信号后，通用控制器的计时时长大于等于预设时长。

所述开伞动压条件为：连续测量的四次实时动压数据p₀、p₁、p₂、p₃，其中p₀、p₁、p₂依次增大，且第三次实时动压p₂、第四次实时动压p₃均大于动压阈值p。

所述预设时长的取值范围小于等于2s。

所述开伞准备条件为：连续测量三次实时过载数据a₀、a₁、a₂，且a₀、a₁、a₂依次增大，且第三次实时过载a₂大于过载阈值a。过载阈值a的取值范围为5g～6g。

实施例3：

图1为控制***方案示意图，***主要由空速管、大气测量计算机、动压数据处理器、通用控制器、弹伞器、试验伞、连接电缆和电池组成。本发明的技术解决方案是：通过空速管、大气数据计算机、动压数据处理器和通用控制器组成控制***。在模型头部安装空速管收集总压和静压，送入大气数据计算机，大气数据计算机通过485总线将动压数据送入动压数据处理器，动压数据处理器经过判断向通用控制器发出弹试验伞指令，动压数据处理器与通用控制器通过光耦隔离不同电源，避免地线干扰，并进行指令发送与接收。通用控制器控制火工装置工作，弹出试验伞。

同时由于投放条件及大气条件等不可控因素导致无法测量到有效动压时，通用控制器程序设计为启动后进行计时，通过时间备份弹出试验伞，保证降落伞工作，模型安全降落。

空速管为1件电子产品，其内部由传感器和信号处理电路组成，发送模拟电信号。用于感受模型飞行方向大气压力及模型所在高度大气静压。

大气数据计算机为1件电子产品采集空速管发出的模拟信号，并对信号进行数字化处理和运算。解算出模型目前的动压和姿态等数据并发送至动压数据处理器。

动压数据处理器为1件电子产品用于接收大气数据计算机的数据，并进行判断。将试验前理论计算的开伞动压设计值p存储进动压数据处理器，动压数据处理器以一定采样时间Δt读取大气数据计算机发送的动压和姿态信号，连续三次采集数据满足p₀＜p₁＜p₂认为动压处于单调上升空间。当第三帧信号p₂大于动压设计值p，且第四帧信号也大于设计值，即p₃＞p时，向通用控制器发出开伞指令。

通用控制器为1件电子产品用于接收动压数据处理器发出的动压到达信号，为试验伞弹伞筒供电，使试验降落伞按预定动压开伞。通用控制器同时具备延时开伞指令，若在2s内没有收到动压数据处理器发出的开伞指令则强制为试验伞弹伞筒供电弹伞。

试验伞弹伞筒为1件火工瞬时机构，用于接收通用控制器发出的电信号，弹出试验伞。

图2为空投试验动压-时间特征曲线。图中在弹伞时刻附近，动压为单调上升区间，因此设置目标弹伞阈值，当测量动压高于阈值后进行弹伞。

实施例4：

某型降落伞的开伞动压低，即使是在强度试验中，最大开伞动压也只有1000Pa量级。开伞动压受外界因素的影响大，如由投放条件、大气条件等的偏差，造成的动压偏差的量级即为300Pa左右。通过时间控制可能超过或未达到试验设计值。模型投放后，在重力作用下，模型动压与时间的二次方成正比，传统的时间延时控制开伞，收到较高的大气密度和投放条件限制，很难实现开伞条件的准确控制，会造成开伞条件不符合试验设计要求。本发明的开伞条件精确控制***，通过空速管和大气测量机感受模型动压值，利用动压数据处理器判断动压值。动压数据处理器每2ms读取一次大气数据计算机发送的动压和姿态信号，连续三次采集数据满足p₀＜p₁＜p₂认为动压处于单调上升空间。当第三帧信号p₂大于动压设计值p，且第四帧信号也大于设计值，即p₃＞p时，向通用控制器发出开伞指令。由通用控制器控制弹伞。同时通用控制器通过时间备份，保证当动压处理单元发生故障后，模型依然能正常开伞工作。利用后验数据判断开伞动压。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明某型降落伞强度空投动压控制***组成简图，图3为本实施例的时序图。***由空速管、大气测量计算机、动压数据处理器、通用控制器、弹伞器、试验伞、控制电池、火工电池、大气测量电池、两个JK-1开关、一个QLK-1拔销开关组成。其中控制电池、火工电池为通用控制器提供控制电源和火工电源。大气测量电池为大气测量计算机、动压数据处理器提供电源。

其中两个JK-1开关在空投实施前打开，此时通用控制器未上电，大气测量计算机和动压数据处理器上电工作。

当带到指定空域开展空投时，通过QLK-1开关启动通用控制器上电工作，此时通用控制器向动压数据处理器发出“弹试验伞使能”指令。动压数据处理器收到该信号后，启动动压数据判断功能。通过485总线接收动压数据，判断动压处于单调区间后，判断2帧数据大于动压值时，即向通用控制器发出“弹试验伞指令”，由通用控制器驱动弹试验伞火工品工作。弹出试验伞。根据弹道计算结果，在通用控制器启动2s内模型动压已经接近试验伞允许开伞的最大动压，因此通用控制器在“弹试验伞使能”指令发出后2s，再次发出“弹试验伞”信号，驱动弹试验伞火工品工作。保证模型可以可靠性降落。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种动态开伞控制***，其特征在于，包括：空速管、大气数据计算机、动压采集电池、动压数据处理器、拔销开关、通用控制器电池、通用控制器、弹伞器、试验伞、火工品电池；

所述空速管用于实时敏感飞行方向大气压力和飞行高度大气静压然后发送给大气数据计算机；所述大气数据计算机根据飞行方向大气压力和飞行高度大气静压获取实时动压发送给所述动压数据处理器；动压数据处理器判断实时动压满足开伞动压条件时向通用控制器发送开伞指令；所述通用控制器判断拔销开关输出的使能信号、开伞指令、通用控制器的计时时长共同满足开伞条件时，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出；

所述动压采集电池用于给大气数据计算机和动压数据处理器供电；所述通用控制器电池用于给通用控制器供电。

2.根据权利要求1所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述开伞条件为：

当拔销开关已输出使能信号且动压数据处理器已输出开伞指令且通用控制器的计时时长小于预设时长；或；当拔销开关已输出使能信号后，通用控制器的计时时长大于等于预设时长。

3.根据权利要求1或2所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述开伞动压条件为：连续测量的四次实时动压数据p₀、p₁、p₂、p₃，其中p₀、p₁、p₂依次增大，且第三次实时动压p₂、第四次实时动压p₃均大于动压阈值p。

4.根据权利要求1或2所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述动压数据处理器与通用控制器之间采用光耦隔离，所述动压数据处理器与通用控制器之间不共用地线。

5.根据权利要求1或2所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述预设时长的取值范围小于等于2s。

6.一种动态开伞控制***，其特征在于，包括：空速管、大气数据计算机、动压采集电池、动压数据处理器、拔销开关、通用控制器电池、通用控制器、弹伞器、试验伞、火工品电池、过载测量装置；

所述过载测量装置用于实时敏感过载，判断实时过载满足开伞准备条件时向通用控制器发送开伞准备指令；

所述空速管用于实时敏感飞行方向大气压力和飞行高度大气静压然后发送给大气数据计算机；所述大气数据计算机根据飞行方向大气压力和飞行高度大气静压获取实时动压发送给所述动压数据处理器；动压数据处理器判断实时动压满足开伞动压条件时向通用控制器发送开伞指令；

所述通用控制器判断拔销开关输出的使能信号、开伞准备指令、开伞指令、通用控制器的计时时长共同满足开伞条件时，通用控制器控制所述火工品电池向所述弹伞器供电，所述弹伞器将试验伞弹出；

所述动压采集电池用于给大气数据计算机和动压数据处理器供电；所述通用控制器电池用于给通用控制器供电。

7.根据权利要求6所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述开伞条件为：

当拔销开关已输出使能信号且过载测量装置已输出开伞准备指令且动压数据处理器已输出开伞指令且通用控制器的计时时长小于预设时长；或；当拔销开关已输出使能信号后，通用控制器的计时时长大于等于预设时长。

8.根据权利要求6或7所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述开伞动压条件为：连续测量的四次实时动压数据p₀、p₁、p₂、p₃，其中p₀、p₁、p₂依次增大，且第三次实时动压p₂、第四次实时动压p₃均大于动压阈值p。

9.根据权利要求6或7所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述动压数据处理器与通用控制器之间采用光耦隔离，所述动压数据处理器与通用控制器之间不共用地线。

10.根据权利要求6或7所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述预设时长的取值范围小于等于2s。

11.根据权利要求6或7所述的一种动态开伞控制***，其特征在于：所述开伞准备条件为：连续测量三次实时过载数据a₀、a₁、a₂，且a₀、a₁、a₂依次增大，且第三次实时过载a₂大于过载阈值a。

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