[发明专利]一种固液动力探空火箭的箭上控制电路

说明书

技术领域

本发明属于箭载控制系统领域，具体涉及一种固液动力探空火箭的箭上控制电路。

背景技术

固液动力探空火箭是一种新型的探空火箭，其采用固液火箭发动机作为动力装置，通过调节液体氧化剂流量，改变推进剂的燃烧速率，从而实现探空火箭的变推力控制。在固液动力探空火箭飞行过程中液体氧化剂流量的调节需要由可靠的箭上控制电路控制完成，但是针对固液动力探空火箭流量调节控制的研究十分缺乏。因此，对固液动力探空火箭箭上控制电路的设计和研究具有重要意义。

固液动力探空火箭箭上控制电路的设计依据参考文献：宋忠保《探空火箭设计》，宇航出版社，1993.12中记载所设计的探空火箭箭上控制电路的设计特点和设计原则，设计原则如下：

（1）探空火箭箭体直径小，要求各部件安排紧凑，所以控制电路的部件设计及元器件选用时，尽量考虑小型化、轻量化；

（2）探空火箭用于科学实验和常规探测时，要求批量较大，所以控制电路设计时保证其可靠性的前提下，应充分考虑其经济性；

（3）对于探空火箭比较恶劣的飞行力学环境（包括振动、冲击、过载等），在控制电路设计中必须充分注意；

（4）探空火箭因其发射点分布比较广，发射季节和发射时间为全天后，控制电路设计应尽量满足对气候环境的适应性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，所设计的固液动力探空火箭的箭上控制电路满足探空火箭箭上控制电路的设计原则，主要完成以下两项功能：

一是对箭上控制电路所需要的电源为由地面供电电源提供转为由箭上锂电池提供。固液动力探空火箭在发射之前，箭上控制电路所需的电源由地面提供；在固液动力探空火箭飞行过程中，箭上控制电路仍然要工作，因此，在固液动力探空火箭发射前，箭上控制电路的供电源必须转为箭上锂电池。在供电转换电路中，转电控制信号、复位控制信号控制D触发器（54LS74）的输出，D触发器（54LS74）的输出信号经过达林顿管（ULN2003）驱动继电器常闭触点断开、常开触点吸合，使得地面电源和锂电池共同供电；地面供电电源和箭上锂电池的输出经过电压转换器，转换为箭上控制电路需要的5V电源（即5V的电源接口Vcc）；在断开地面电源供电时，由箭上锂电池单独供电。其中，转电控制信号为D触发器（54LS74）的脉冲端（CLK）提供脉冲信号，复位控制信号为D触发器（54LS74）的清零端（CD）提供信号，控制D触发器（54LS74）的输出是否强制复位清零。

二是按控制时序，精确控制三个阀门的动作。在固液动力探空火箭飞行过程中，要实现发动机变推力、吹除辅路通道的氧化剂残留和吹除主路通道的氧化剂残留就需要按照控制的要求依次开启增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门。三个阀门的动作由89C51单片机的三路输出信号控制，三路输出控制信号经过3-8译码器（54LS138）后，再由达林顿管分别驱动三个继电器常闭触点断开、常开触点吸合，进而使得三个阀门按时序动作。增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门的供电的电压经分压和隔离后分别反馈到单片机，如果单片机没有监测到此电压，则单片机会重新发出触发信号，直至电压产生。每个阀门的供电两端均与相应继电器的一对常闭触点相连，因此，在达林顿管（ULN2003）驱动继电器动作之前每个阀门供电的两端均是短路的，避免由于干扰阀门误开启。其中，阀门开启的电源由箭上锂电池提供，增压阀门、辅路吹除阀门和主路吹除阀门均采用的是电磁阀。

复位芯片MAX810与单片机的RESET端口相连，在电路上电、掉电及异常时产生一个复位信号，实现89C51单片机的复位。89C51单片机进行延时控制所需的一些数据（包括总时间、当前时间和控制状态）都存储在铁电存储器FM25640中，供89C51单片机读取和存储。

本发明提出一种固液动力探空火箭的箭上控制电路，包括供电转换电路、单片机控制阀门动作电路、控制阀门电压的反馈电路、单片机复位和存储电路。

所述的供电转换电路具体为：复位控制信号的RST_COL端串联电阻A后与光耦B的引脚a相连，光耦B的引脚a和引脚b之间并联电容A和电阻B，光耦B的引脚b还与COL_GND信号端相连；光耦B的引脚c接地，电源接口串联电阻C后与光耦B的引脚d相连，光耦B的引脚d还连接反向器A的引脚c，反向器A的引脚d连接反向器B的引脚e，反向器A的引脚o和引脚p分别连接电源接口和接地端，反向器B的引脚f与D触发器11的引脚a相连接。