靶机电气系统及具有其的靶机的制作方法

1.本发明涉及中小型靶机无人机技术领域，尤其涉及一种靶机电气系统及具有其的靶机。


背景技术：

2.靶机作为无人飞行器的一种，主要用于模拟作战飞机、导弹等威胁目标，为武器系统试验和训练提供逼真的空中目标。靶机电气系统负责接收上位机指令，依照时序向机上各系统供电，并保证供电质量符合机上负载要求。因此，电气系统的设计对靶机完成预定功能起着至关重要的作用。
3.靶机主要用于战备训练，击落后直接报废，属于消耗品。近年来，随着新型武器系统不断问世，部队每年消耗各类靶机3000余架。电气系统作为全机各系统的重要保障，其架构设计影响无人机的整体性能。若依据军用飞机电气系统设计流程进行靶机设计，将提高靶机电气系统的研制成本及研制周期，造成军费开支大幅增加。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种靶机电气系统及具有其的靶机，能够解决现有技术中采用军用飞机电气系统设计流程进行靶机设计所造成的研制成本高及设计过程复杂的技术问题。
5.根据本发明的一方面，提供了一种靶机电气系统，靶机电气系统包括：低压直流电源系统，低压直流电源系统用于向靶机提供低压直流电；锂离子蓄电池组，锂离子蓄电池组用于在应急情况下向靶机提供应急电源；双线制配电系统，双线制配电系统包括电气控制装置、正汇流条、第一负汇流条和第二负汇流条，电气控制装置分别与低压直流电源系统和锂离子蓄电池组连接，电气控制装置用于实现低压直流电源系统和锂离子蓄电池组之间的转电控制、控制配电以及直接配电，电气控制装置包括控制板卡和功率板卡，控制板卡用于接收数据总线上的数字信号并将数字信号转换为开关量，功率板卡用于接收控制板卡传输的开关量并根据开关量控制控制板卡进行配电输出；正汇流条设置在电气控制装置的内部，低压直流电源系统、锂离子蓄电池组和负载均与正汇流条连接；第一负汇流条设置在第一设备舱内，第二负汇流条设置在第二设备舱内，低压直流电源系统、锂离子蓄电池组和第一设备舱负载均与第一负汇流条连接，第二设备舱负载与第二负汇流条连接；电气互联系统，电气互联系统分别与双线制配电系统和负载连接，电气互联系统用于实现双线制配电系统与负载之间的电量及信号传输。
6.进一步地，控制板卡包括主控制芯片和航电总线电路，主控制芯片用于完成航电总线信号的处理以及发送控制信号至功率板卡，航电总线电路用于完成航电总线信号的接收并将航电总线信号传输至主控制芯片。
7.进一步地，功率板卡包括信号驱动元件和配电开关，信号驱动元件用于接收主控制芯片发出的控制信号并将控制信号驱动至高电压以保证配电开关可靠导通，配电开关用于接收信号驱动元件输出的驱动信号并控制电压输出至负载，信号驱动元件用于对靶机上
的关键设备进行供电正冗余控制、对靶机上的重要设备进行供电正单路控制以及对靶机上的危险品进行正负双控冗余控制。
8.进一步地，控制板卡还包括去耦电容，去耦电容设置在控制板卡的航电总线接口芯片电源的正负极。
9.进一步地，功率板卡还包括第一泄放电容和第二泄放电容，第一泄放电容设置在低压直流电源系统的正负极，第二泄放电容设置在锂离子蓄电池组的正负极；和/或电气控制装置还包括金属屏蔽板，金属屏蔽板设置在控制板卡和功率板卡之间。
10.进一步地，电气控制装置还包括防反灌电路，防反灌电路设置在锂离子蓄电池组的输入端。
11.进一步地，低压直流电源系统包括起动发电机、发电机控制装置和电流互感器，起动发电机用于驱动发电机工作，电流互感器分别与发电机和发电机控制装置连接，电流互感器用于采集发电机的发电数据，发电机控制装置用于根据发电机的发电数据控制发电机的输出电量；其中，当发电机及其主馈线发生接地故障时，电流互感器用于产生与发电机接地电流成比例的脉冲电压输出至发电机控制装置以对发电机进行保护。
12.进一步地，锂离子蓄电池组包括多个18650锂离子单体电池和加温电路模块，加温电路模块分别与多个18650锂离子单体电池连接，加温电路模块用于维持多个18650锂离子单体电池的温度处于设定温度范围；锂离子蓄电池组的容量余度为对负载用电曲线积分的30％，锂离子蓄电池组的放电倍率超过负载用电瞬态峰值的20％。
13.进一步地，电气互联系统包括电缆和测试接口，电缆包括wfra系列绝缘超柔软电线，测试接口包括汇流条正负接口和通信总线分支接口，汇流条正负接口用于连接低压直流电源系统和锂离子蓄电池组，通信总线分支接口用于测试靶机航电总线的通信是否正常。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种靶机，靶机包括靶机电气系统和负载，靶机电气系统为如上所述的靶机电气系统，靶机电气系统用于为负载进行供电。
15.应用本发明的技术方案，提供了一种靶机电气系统，该靶机电气系统通过设置低压直流电源系统、锂离子蓄电池组、双线制配电系统和电气互联系统，低压直流电源系统和锂离子蓄电池组用于为负载进行供电，双线制配电系统用于控制分配到负载的电功率，电气互联系统用于实现双线制配电系统与负载之间的电量及信号传输，此种方式能够在保证电气系统设备质量的前提下简化系统构成，减低成本及设计周期；此外，考虑靶机多数为复合材料，复合材料为半导体，无法使用机体作为负线，因此选用双线制配电系统，而受靶机机体结构空间限制，正汇流条设置在电气控制装置的内部，前后设备舱分别设置负汇流条，此种方式便于负载就近接负，简化结构及设计流程；再者，通过将电气控制装置配置为包括控制板卡和功率板卡，通过控制板卡和功率板卡即可实现对配电的控制，此种方式能够降低设备内部电磁兼容性影响，结构简单，极大地降低了成本及设计周期。
附图说明
16.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造
性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的靶机电气系统的原理框图。
18.其中，上述附图包括以下附图标记：
19.10、低压直流电源系统；20、锂离子蓄电池组；30、双线制配电系统；40、电气互联系统。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
22.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
23.如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种靶机电气系统，该靶机电气系统包括低压直流电源系统10、锂离子蓄电池组20、双线制配电系统30和电气互联系统40，低压直流电源系统10用于向靶机提供低压直流电，锂离子蓄电池组20用于在应急情况下向靶机提供应急电源，双线制配电系统30包括电气控制装置、正汇流条、第一负汇流条和第二负汇流条，电气控制装置分别与低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20连接，电气控制装置用于实现低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20之间的转电控制、控制配电以及直接配电，电气控制装置包括控制板卡和功率板卡，控制板卡用于接收数据总线上的数字信号并将数字信号转换为开关量，功率板卡用于接收控制板卡传输的开关量并根据开关量控制控制板卡进行配电输出；正汇流条设置在电气控制装置的内部，低压直流电源系统10、锂离子蓄电池组20和负载均与正汇流条连接；第一负汇流条设置在第一设备舱内，第二负汇流条设置在第二设备舱内，低压直流电源系统10、锂离子蓄电池组20和第一设备舱负载均与第一负汇流条连接，第二设备舱负载与第二负汇流条连接，电气互联系统40分别与双线制配电系统30和负载连接，电气互联系统40用于实现双线制配电系统30与负载之间的电量及信号传输。
24.应用此种配置方式，提供了一种靶机电气系统，该靶机电气系统通过设置低压直流电源系统、锂离子蓄电池组、双线制配电系统和电气互联系统，低压直流电源系统和锂离子蓄电池组用于为负载进行供电，双线制配电系统用于控制分配到负载的电功率，电气互联系统用于实现双线制配电系统与负载之间的电量及信号传输，此种方式能够在保证电气系统设备质量的前提下简化系统构成，减低成本及设计周期；此外，考虑靶机多数为复合材料，复合材料为半导体，无法使用机体作为负线，因此选用双线制配电系统，而受靶机机体结构空间限制，正汇流条设置在电气控制装置的内部，前后设备舱分别设置负汇流条，此种方式便于负载就近接负，简化结构及设计流程；再者，通过将电气控制装置配置为包括控制板卡和功率板卡，通过控制板卡和功率板卡即可实现对配电的控制，此种方式能够降低设备内部电磁兼容性影响，结构简单，极大地降低了成本及设计周期。
25.具体地，在本发明中，控制板卡包括主控制芯片和航电总线电路，主控制芯片用于完成航电总线信号的处理以及发送控制信号至功率板卡，航电总线电路用于完成航电总线信号的接收并将航电总线信号传输至主控制芯片。
26.进一步地，在本发明中，为了提高靶机上设备工作的安全性，可将控制板卡配置为包括信号驱动元件和配电开关，信号驱动元件用于接收主控制芯片发出的控制信号并将控制信号驱动至高电压以保证配电开关可靠导通，配电开关用于接收信号驱动元件输出的驱动信号并控制电压输出至负载，信号驱动元件用于对靶机上的关键设备进行供电正冗余控制、对靶机上的重要设备进行供电正单路控制以及对靶机上的危险品进行正负双控冗余控制。
27.作为本发明的一个具体实施例，配电开关包括固体继电器，信号驱动元件包括隔离驱动模块。信号驱动元件的设计原则一般为对靶机上的关键设备进行供电正冗余设计，对靶机上的重要设备进行供电正单路控制，对火工品等危险品进行正负双控冗余设计，以提高火工品点火电路的安全性。其中，靶机上的关键设备一般是指保证无人机飞行安全的设备，靶机上的重要设备一般是指保证无人机执行任务的设备。
28.进一步地，在本发明中，由于正汇流条位于电气控制装置的内部，为了减少母线波动对信号的干扰，可将控制板卡配置为还包括去耦电容，去耦电容设置在控制板卡的航电总线接口芯片电源的正负极。
29.此外，在本发明中，为了减少母线波动对信号的干扰，也可将功率板卡配置为包括第一泄放电容和第二泄放电容，第一泄放电容设置在低压直流电源系统10的正负极，第二泄放电容设置在锂离子蓄电池组20的正负极。可替换地，为了减少母线波动对信号的干扰，也可将电气控制装置配置为还包括金属屏蔽板，金属屏蔽板设置在控制板卡和功率板卡之间。
30.为了提高配电输出的可靠性，在本发明中，电气控制装置还包括防反灌电路，防反灌电路设置在锂离子蓄电池组20的输入端，防止母线开关在采用固态输出形式下引起的电流反灌问题，提高配电输出可靠性。
31.进一步地，在本发明中，为了降低成本，简化设计流程，可将低压直流电源系统10配置为包括起动发电机、发电机控制装置和电流互感器，起动发电机用于驱动发电机工作，电流互感器分别与发电机和发电机控制装置连接，电流互感器用于采集发电机的发电数据，发电机控制装置用于根据发电机的发电数据控制发电机的输出电量；其中，当发电机及
其主馈线发生接地故障时，电流互感器用于产生与发电机接地电流成比例的脉冲电压输出至发电机控制装置以对发电机进行保护。
32.此外，在本发明中，当低压直流电源系统出现故障时，可采用锂离子蓄电池组进行应急供电。具体地，在本发明中，考虑设计成本及简化设计流程，可将锂离子蓄电池组20配置为包括多个18650锂离子单体电池和加温电路模块，加温电路模块分别与多个18650锂离子单体电池连接，加温电路模块用于维持多个18650锂离子单体电池的温度处于设定温度范围；锂离子蓄电池组20的容量余度为对负载用电曲线积分的30％，锂离子蓄电池组20的放电倍率超过负载用电瞬态峰值的20％。
33.进一步地，在本发明中，电气互联系统40的主要功能为将靶机上各系统设备连接成一个整体，可靠地传递指令和信号，使他们协调工作。在本发明中，考虑设计成本及简化流程，可将电气互联系统40配置为包括电缆和测试接口，电缆包括wfra系列绝缘超柔软电线，该种电线转弯半径仅为常规导线的一半。测试接口包括汇流条正负接口和通信总线分支接口，汇流条正负接口用于连接低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20，通信总线分支接口用于测试靶机航电总线的通信是否正常。此外，在本发明中，在进行电缆安装时，分离面的选择应充分考虑全机机体结构，以便于后续电缆生产及电缆敷设为原则，分离面选取的位置一般位于油箱两侧、左右机翼对接处、尾翼对接处，另外若某根电缆过于复杂，也可在适当位置设置分离面，以便于后续加工生产。
34.根据本发明的另一方面，提供了一种靶机，该靶机包括靶机电气系统和负载，靶机电气系统为如上所述的靶机电气系统，靶机电气系统用于为负载进行供电。
35.应用此种配置方式，提供了一种靶机，该靶机包括如上所述的靶机电气系统，由于本发明的靶机电气系统通过对低压直流电源系统、锂离子蓄电池组、双线制配电系统以及电气互联系统进行设计，能够在保证电气系统设备质量的前提下降低成本及设计周期，因此将本发明所提供的靶机电气系统用于靶机中，能够确保靶机的整体性能得以发挥。
36.为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明所提供的靶机电气系统进行详细说明。
37.如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种靶机电气系统，该靶机电气系统包括低压直流电源系统10、锂离子蓄电池组20、双线制配电系统30和电气互联系统40，低压直流电源系统10用于向靶机提供低压直流电，锂离子蓄电池组20用于在应急情况下向靶机提供应急电源，双线制配电系统30分别与低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20连接，双线制配电系统30用于将低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20的电功率分配到负载，电气互联系统40分别与双线制配电系统30和负载连接，在本实施例中，负载包括飞控系统、回收系统、燃油系统和测控系统，电气互联系统40用于实现双线制配电系统30与负载之间的电量及信号传输。
38.低压直流电源系统10主要由高转速的起动发电机、发电机控制装置和电流互感器，起动发电机用于驱动发电机工作，起动发电机的转速范围一般为5400r/min至10000r/min。发电机控制装置具有汇流条接地保护、故障保险、机内检测和空中二次启动自动建压功能，这种发电机控制装置集调压、控制、保护等功能于一体，使设备体积小、重量轻、通过软件开发功能也更趋完善。电流互感器分别与发电机和发电机控制装置连接，电流互感器用于采集发电机的发电数据，发电机控制装置用于根据发电机的发电数据控制发电机的输
出电量；其中，当发电机及其主馈线发生接地故障时，电流互感器用于产生与发电机接地电流成比例的脉冲电压输出至发电机控制装置以对发电机进行保护。
39.锂离子蓄电池组20配置为包括多个18650锂离子单体电池和加温电路模块，锂离子单体电池具有高比能，寿命长、维护少集充电时间短等优点，标称电压为3.6v，满电电压为4.2v，一般认为空载电压放到3.0v就认为电用完了。电池组串并联单体电池组数可根据实际用电工况的需要进行扩展，一般锂离子蓄电池组20的容量余度为对负载用电曲线积分的30％，锂离子蓄电池组20的放电倍率超过负载用电瞬态峰值的20％。锂离子电池放电特性受温度影响较大，在使用中需要设计加温电路模块，加温电路模块分别与多个18650锂离子单体电池连接，加温电路模块用于维持多个18650锂离子单体电池的温度处于设定温度范围，一般来说，锂离子单体电池的温度处于0℃至25℃。锂离子电池的有效容量在低放电速率下会增加，在高放电速率下会下降。
40.双线制配电系统30包括电气控制装置、正汇流条、第一负汇流条和第二负汇流条，电气控制装置分别与低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20连接，电气控制装置用于实现低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20之间的转电控制、控制配电以及直接配电。双线制配电系统30的正负线都接到每个电源和用电设备上，电气控制装置通常安装在正极电路上，受靶机机体结构空间限制，正汇流条设置在电气控制装置的内部，低压直流电源系统10、锂离子蓄电池组20和负载均与正汇流条连接；第一负汇流条设置在第一设备舱内，第二负汇流条设置在第二设备舱内，低压直流电源系统10、锂离子蓄电池组20和第一设备舱负载均与第一负汇流条连接，第二设备舱负载与第二负汇流条连接。
41.为降低设备内部电磁兼容性影响，电气控制装置包括控制板卡和功率板卡，控制板卡用于接收数据总线上的数字信号并将数字信号转换为开关量，完成配电开关的自检测，功率板卡用于接收控制板卡传输的开关量并根据开关量控制控制板卡的控制元件进行配电输出。为降低设备成本，配电开关选用固体继电器实现。控制板卡包括主控制芯片和航电总线电路，主控制芯片用于完成航电总线信号的处理以及发送控制信号至功率板卡，航电总线电路用于完成航电总线信号的接收并将航电总线信号传输至主控制芯片。功率板卡包括信号驱动元件和配电开关，信号驱动元件用于接收主控制芯片发出的控制信号并将控制信号驱动至高电压以保证配电开关可靠导通，配电开关用于接收信号驱动元件输出的驱动信号并控制电压输出至负载，信号驱动元件用于对靶机上的关键设备进行供电正冗余控制、对靶机上的重要设备进行供电正单路控制以及对靶机上的危险品进行正负双控冗余控制，以提高火工品点火电路的安全性，信号驱动元件一般包括隔离驱动模块。同时电气控制装置还包括防反灌电路，防反灌电路设置在锂离子蓄电池组的输入端，防止母线开关在采用固态输出形式下引起的电流反灌问题，提高配电输出可靠性。
42.此外，由于正汇流条位于电气控制装置内部，为减少母线波动对信号的干扰，可采取在低压直流电源系统10的正负极设置第一泄放电容，在锂离子蓄电池组20的正负极设置第二泄放电容，在控制板卡和功率板卡之间设置金属屏蔽板，在控制板卡的航电总线接口芯片电源的正负极设置去耦电容等方式，提高产品电磁兼容性。
43.电气互联系统40的主要功能为将靶机上各系统设备连接成一个整体，可靠地传递指令和信号，使他们协调工作。在本实施例中，电气互联系统40包括电缆和测试接口，受中小型靶机舱内空间限制，机上电缆转弯半径较小，电缆优先选用wfra系列绝缘超柔软电线，
该种电线转弯半径仅为常规导线的一半。测试接口包括汇流条正负接口和通信总线分支接口，汇流条正负接口用于连接低压直流电源系统10和锂离子蓄电池组20，通信总线分支接口用于测试靶机航电总线的通信是否正常，便于靶机与地面设备可靠连接，配合完成靶机测试、软件升级和技术准备等工作。此外，在本发明中，在进行电缆安装时，分离面的选择应充分考虑全机机体结构，以便于后续电缆生产及电缆敷设为原则，分离面选取的位置一般位于油箱两侧、左右机翼对接处、尾翼对接处，另外若某根电缆过于复杂，也可在适当位置设置分离面，以便于后续加工生产。
44.综上所述，本发明提供了一种靶机电气系统，该靶机电气系统通过对低压直流电源系统、锂离子蓄电池组、双线制配电系统以及电气互联系统进行设计，能够在保证电气系统设备质量的前提下降低成本及设计周期，确保靶机的整体性能得以发挥。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
46.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
47.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
48.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。