一种提升容错能力的电气系统箭地接口设计方法与流程

1.本发明涉及一种提升容错能力的电气系统箭地接口设计方法，属于运载火箭设计领域。


背景技术：

2.运载火箭在发射飞行过程中火箭底部会承受热流长时间作用，经过一定的时间火箭控制系统和测量系统的脱拔连接器焊锡存在熔融的故障模式。经过分析，如果在脱拔口盖未关死的一度故障下，在发动机底部热流环境作用下，脱拔插头壳体内部由火箭尾部喷流加热在起飞后一定时间后会导致脱拔焊锡熔融。由于脱拔插头主要是火箭控制系统和测量系统箭地通信、供电等关键信号，在脱拔连接器焊锡熔融的情况下可能导致内部点号短接最终导致飞行中控制系统和测量系统故障的现象发生，最终导致飞行失利。


技术实现要素：

3.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提升容错能力的电气系统箭地接口设计方法，提升运载火箭电气系统箭地接口的容错能力，提升运载火箭电气系统箭地接口环境适应能力。
4.本发明的技术解决方案是：
5.一种提升容错能力的电气系统箭地接口设计方法，包括如下步骤：
6.s1、控制系统和测量系统的脱拔连接器采用双层脱拔连接器，并且脱拔连接器插头电缆罩、插头壳体、插座壳体材料使用钛合金；
7.s2、根据需求，选择以下任意一种方式进行脱拔连接器的点位分布进行优化设计：
8.1)、将脱拔连接器内供电母线的正、负信号分别布置在两个不同的插头里面；
9.2)、在同一个插头里，划分正信号区域和负信号区域；
10.s3、在箭上脱拔电缆一级尾段设置脱拔转接电分离连接器，起飞后控制系统发送电分离指令将脱拔转接电分离连接器的插头和插座分开，使tb信号切断；
11.s4、对脱拔转接电分离连接器进行如下防护设计：
12.将脱拔电缆上的脱拔转接电分离连接器并列设置在尾段，插座在上、插头在下；
13.脱拔转接电分离连接器的插座尽量贴近尾段内壁、对尾段内净空间包络占用尽量少；
14.脱拔转接电分离连接器插接及分离方向与重力作用线一致，利于分离及收集；
15.s5、脱拔转接电分离连接器的插座采取钣金支架进行安装固定，脱拔转接电分离连接器外侧覆盖有柔性防热罩，所述柔性防热罩安装在箭体上。
16.脱拔转接电分离连接器分离脱落时间的设计限制因素如下：
17.1)起飞后应在t时间内进行脱拔转接电分离连接器的脱落；t满足：底部热流在t时间内不足以导致脱拔焊锡熔融；
18.2)脱拔转接电分离连接器脱落时间，应该在控制系统不再接收“紧急关机”指令的
最迟时间之后。
19.脱拔转接电分离连接器的正下方设置有收集袋，所述收集袋和柔性防热罩材料相同，采用一体化设计。
20.所述收集袋和柔性防热罩通过三边的压板安装在箭体上，该收集袋在脱拔转接电分离连接器分离前通过框架维形。
21.脱拔转接电分离连接器之间通过隔离板隔离，确保分离过程中各分离插头不会互相干涉，所述隔离板安装在箭体上。
22.脱拔转接电分离连接器的分离插头通过脱拔钢索与钣金支架连接，分离插头脱落后，通过脱拔钢索和钣金支架实现对分离插头的限位，确保不与箭体发生磕碰。
23.分离插头表面包覆闭孔泡沫类柔性材料。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.本发明方法是在控制系统脱拔电缆(箭上部分)设置脱拔转接电分离连接器，箭上控制系统在收到“起飞”信号后约定时间后将脱拔电缆自动断开；同时，通过使用双层脱拔连接器和优化点位分布的方式提升脱拔连接器自身可靠性；另外，在结构上对脱拔转接电分离连接器进行针对性设计，主要包括分离连接器的安装与分离后的收集与防护。通过这种改进型的电气系统箭地接口设计可以达到如下目的：提升运载火箭电气系统箭地接口的容错能力和箭地接口环境适应能力。
26.应用本发明设计的提升容错能力的电气系统箭地接口，能够有效避免“运载火箭控制系统脱拔插头在脱拔口盖关闭不紧的情况下，在火箭底部热流的作用下，脱拔插头烧蚀导致焊锡熔融，进而可能导致脱拔连接器内部点号短接最终导致飞行中控制系统故障”的现象，进而可有效的提升运载火箭箭地接口的可靠性。
附图说明
27.图1为控制系统新增脱拔转接电分离连接器布局；
28.图2为脱拔转接电分离连接器插座支架安装固定示意图；
29.图3为脱拔转接电分离连接器插座收集防护示意图。
具体实施方式
30.本发明主要为避免运载火箭控制系统脱拔插头在脱拔口盖关闭不紧的情况下，在火箭底部热流的作用下，脱拔插头烧蚀导致焊锡熔融，进而可能导致脱拔连接器内部点号短接最终导致飞行中控制系统故障的现象。
31.本发明主要包括如下几个方面的设计：
32.控制系统脱拔电缆(箭上部分)设置脱拔转接电分离连接器，箭上控制系统在收到“起飞”信号后约定时间后将脱拔电缆断开，即使出现尾部脱拔连接器被热流熔融也不会导致飞行过程中正负信号的短接现象；
33.脱拔连接器采用双层脱拔连接器；同时，对控制系统和测量系统脱拔连接器内的供电正负分区布置或者分到两个不同的插头；
34.在结构上对脱拔电缆上面的脱拔转接电分离连接器进行针对性设计，主要包括分离连接器的安装、限位与分离后的收集。
35.通过上述设计方法，使得运载火箭在发射飞行过程中即使脱拔插头由于火箭底部出现口盖没有正常关闭而承受热流长时间作用，箭上信号链路上也不会出现信号短接的情况，确保飞行正常。
36.本发明的具体设计如下：
37.1)控制系统脱拔电缆(箭上部分)设置脱拔转接电分离连接器，在控制系统箭上在收到“起飞”信号后约定时间后将脱拔电缆自动断开技术；
38.2)脱拔连接器自身防护设计，包括：脱拔连接器采用双层脱拔连接器，插头电缆罩、插头壳体、插座壳体材料使用钛合金，提高耐高温能力；同时，对控制系统和测量系统脱拔连接器内的供电正负分区布置或者分到两个不同的插头；
39.3)脱拔转接电分离连接器的防护设计：在结构上对脱拔电缆上面的分离连接器进行针对性设计，主要包括分离连接器的安装、限位与分离后的收集。
40.2.1脱拔转接电分离连接器设计
41.脱拔插头的口盖存在“脱拔口盖关闭不紧”一度故障。在飞行过程中，口盖未完全关闭时在过载和热应力的共同作用下，有可能张开更大的角度导致控制系统箭上电缆网tb连接器存在被烧毁内部点号短接的风险，造成飞行失败。
42.因此需要在箭上脱拔电缆一级尾段设置脱拔转接电分离连接器，起飞后控制系统发送电分离指令将分离插头分开，使tb信号切断。
43.具体地，起飞后由综合控制器发出时序，控制系统根据时序发送电分离指令将分离插头分开，分离插头脱落；同时，设计分离插头辅助插头(如图1中1dt、126)，用于信号转接、测试中避免分插脱落，如图1所示。地面总检查测试时，当不需要分离时，断开1dt插头，避免分离插头分离。
44.同时，设置脱拔转接电分离连接器后，需要关注分离插头分离后电路的潜通路情况及分离时序的设计。脱拔转接电分离连接器分离脱落时间，在设计时主要考虑如下两个因素的限制：
45.1)底部热流对脱落时间的设计约束：为避免在底部热流长时间作用下，脱拔焊锡熔融故障，起飞后应在t时间内进行脱拔转接电分离连接器的脱落；t满足：
46.底部热流在t时间内不足以导致脱拔焊锡熔融。
47.2)执行紧急关机指令对脱落时间的设计约束：在发生紧急关机情况时，不能影响紧急关机指令的执行。因此脱拔转接电分离连接器脱落时间，应该在控制系统不再接收“紧急关机”指令的最迟时间之后。
48.2.2脱拔连接器自身防护设计
49.为了避免脱拔连接器烧蚀导致焊锡熔融，在脱拔连接器的自身防护方面进行了相关的改进工作，主要有如下两个方面：
50.1)脱拔连接器采用双层脱拔连接器，并且插头电缆罩、插头壳体、插座壳体材料使用钛合金,提高电连接器耐热性能、降低内部焊锡熔融发生概率；
51.2)对于控制系统和测量系统脱拔连接器的点位分布进行了优化设计，主要有两个方面的改进，保证了即使在出现插头烧蚀的情况下也不会出现正负母线短路的情况。一是将脱拔插头里面供电母线的正与负信号分别分布在两个不同的插头里面；二是将同一个插头里面的正与负分布在不同的区域。
52.2.3脱拔转接电分离连接器的防护设计
53.控制系统脱拔电缆上设置脱拔转接电分离连接器后，要求具备“电分前可靠安装及插接、电分时刻可靠分离、电分后妥善收集限位”三大项功能。
54.根据箭体结构及管路布局、脱拔电缆的敷设路径、保持与其他电缆的电磁屏蔽，将脱拔电缆上的脱拔转接电分离连接器并列设置在尾段iv象限线中部内侧壁，插座在上、插头在下，确保：
55.1)脱拔转接电分离连接器的插座安装结构尽量贴近尾段内壁、对尾段内净空间包络占用尽量少；
56.2)脱拔转接电分离连接器插接及分离方向与重力作用线一致，利于分离及收集。
57.3)脱拔转接电分离连接器的插座采取钣金支架进行安装固定，将脱拔转接电分离连接器的4对电连接器放在中间，不分离的两对圆形辅助电连接器放在两侧，以限位框防止插头分离过程互相干扰，以脱拔钢索对分离后的插头形成限位。如图2所示。
58.脱拔转接电分离连接器之间通过钣金支架上的隔离板隔离，确保分离过程中各分离插头不会互相干涉，钣金支架安装在箭体上。脱拔转接电分离连接器的分离插头通过钢索与钣金支架连接，分离插头脱落后，通过钢索和钣金支架实现对分离插头的限位，确保分离插头脱落过程不发生相互磕碰；同时箭体对应区域覆盖闭孔泡沫类柔性材料，确保分离插头脱落后不与箭体磕碰。插头表面包覆闭孔泡沫类柔性材料。
59.钢索长度满足分离插头脱落后轴向向下运动结束时，插头本体下端低于钣金支架下边沿的长度不超过插头长度的1/3，使分离插头分离前后均处于钣金支架的隔离空间内；隔离板与相邻的脱拔转接电分离连接器的间距在满足插头插座插接检查需求的前提下，不小于插头直径的1/2，保证插头分离过程中有足够的各向运动空间从而确保分离过程不被干扰；隔离板厚度满足隔离板的抗冲击性能不小于分离插头分离瞬间横向运动产生的冲击载荷的1.5倍，确保不发生形变和脱落。
60.插头座插接后，将裁剪缝合好的柔性防热罩安装在箭体，整体覆盖插头及插头电缆范围。脱拔转接电分离连接器的正下方设置有收集袋，所述收集袋和柔性防热罩材料相同，采用一体化设计。收集袋和柔性防热罩通过三边的压板安装在箭体上。
61.该防热罩和收集袋本身具有一定柔韧性，在插头座分离前通过框架维形，以避免收集袋袋口提前变形影响分离和收集，见图3。
62.收集原理是，在重力及过载作用下插头沿插头座轴线向下坠落，当插头落进收集罩，收集罩将发生变形，使插头全部集中在收集袋底部，自由运动的动能完全抵消，从而避免磕碰插座及其他产品。同时，通过插头上包裹的柔性吸能材料避免插头相互磕碰产生多余物。
63.通过上述设计，可以达到如下效果：
64.1)产品组成简单、增重少、实物改造及生产难度低；
65.2)产品包络设计合理的前提下，脱拔转接电分离连接器的脱落和收集与不分离电连接器完全隔离、互不影响；
66.3)对电分后的脱拔转接电分离连接器完全限制自由度及活动范围；
67.4)从火箭程序转弯开始，脱拔转接电分离连接器将完全处于罩内并相对静止。
68.本发明可向所有存在脱拔口盖关闭不严故障模式的运载火箭推广，指导其产品设
计、连接器选择、电缆防护等设计工作的开展。
69.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。