高安全航空电爆管驱动及控制系统设计.pdf

引用格式:呼明亮闫稳车炯晖等.高安全航空电爆管驱动及控制系统设计.航空计算技术():.():.高安全航空电爆管驱动及控制系统设计呼明亮闫 稳车炯晖于方春(航空工业西安航空计算技术研究所陕西 西安)摘 要:为了实现电爆管火工品的高安全高可靠引爆设计了一套高安全航空电爆管驱动及控制系统包括传感器接口、硬件接口、软件接口和数据接口 硬件接口采用基于反时限保护的功率输出实现功率电路的自恢复和高安全输出 软件接口采用分级接口的故障检测方式实现电爆管断线、输出异常等故障诊断和隔离 数据接口采用指令有效性确认实现指令、状态和 数据的综合处理 实验结果表明电爆管驱动和控制电路安全可靠对提升飞机系统安全具备重要意义关键词:电爆管高安全功率驱动反时限保护故障诊断中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:引言航空武器系统中包含大量的电爆管火工品用于实现战斗部引爆、发动机点火、降落伞开伞、抛盖或分离壳体等功能 电爆管一般采用大电流直流引爆方式通电后直流电流需要在短时间达到额定电流的 倍利用热量累积引爆初级炸药再顺次引爆主炸药 电爆管的安全可靠引爆对飞机和飞行员的安全至关重要电爆管的驱动和控制既要满足需要引爆时能够安全可靠引爆同时需要满足系统异常时不进行误引爆从而造成不可估量的后果 传统的电爆管驱动一般采用断路器、晶闸管等方式实现保护一般采用保险丝或单过载点进行性能指标唯一无法适应不同负载的保护要求 传统的电爆管故障诊断存在故障覆盖率低、隔离率低降低了系统的可靠性本文设计了一套高安全航空电爆管驱动及控制系统集成于飞机远程接口单元()内部系统主要包括传感器接口、硬件接口、软件接口和数据接口 采用基于反时限保护的功率输出驱动方法、分级接口的故障检测方法和指令有效性确认收稿日期:修订日期:基金项目:陕西省创新人才推进计划 青年科技新星项目资助()作者简介:呼明亮()男陕西西安人高级工程师硕士第 卷 第 期航 空 计 算 技 术.年 月 .实现高安全功率驱动、故障诊断和隔离 实验结果表明反时限保护曲线设计合理可实现正常过流保护和电爆管引爆功能 系统总体设计图 所示为电爆管驱动系统原理框图系统主要由传感器接口、硬件接口、软件接口和数据接口组成传感器接口主要包括电爆管火工品和线缆连接硬件接口主要包括 /开离散量功率输出单元、地/开离散量功率输出单元、/开离散量输入采集单元、地/开离散量输入集单元、反时限包括电路和模拟量采集单元 软件接口主要功能包括命令解析输出控制 检测和故障处理数据接口主要包括过流状态、正端输出控制指令、正端输出状态、电爆管负载在线状态、负端输出状态和负端输出控制指令 处理器通过数据接口与飞机管理计算机进行数据交互周期接收控制指令或者发送状态信息硬件接口通过接收软件接口发送的控制指令驱动电爆管工作通过输出状态采集电路实现 检测 /开离散量功率输出单元实时监控输出电流实现功率输出的反时限保护 模拟量回采电路通过判断电压门限实现电爆管在线检测 该硬件电路可进一步配置为“/开离散量功率输出接口”或“地/开离散量输出接口”实现功能组合复用和重构具备体积小保护功能完备特性图 电爆管驱动系统原理框图 硬件方案设计.反时限保护功率输出电路设计图 所示为反时限保护原理框图应用于/开离散量功率输出 反时限控制器实时采集负载电流依据反电流 时间特性进行能量累计实现功率输出异常切断 通过分段的方式模拟高阶的反时限保护曲线通过查表以固定步长作为每个采样周期的能量累计值当能量累计值达到规定的门限值时关闭输出发出跳闸信号置硬件安全态直至 处理器解除跳闸信号图 反时限保护原理框图.输出采集电路设计图 所示为输出状态回采电路采用离散量采集芯片 该芯片输入通道数为 可单独配置为“/开离散量输入”或“地/开离散量输入”实现输出状态的高可靠采集 芯片内置 测试通路和三级雷电防护功能通过 接口与 处理器进行数据交互图 输出回采电路表 所示为离散量输入电路 状态描述当 使能时 位离散量输入端口被置为高阻状态 配置寄存器 配置为 时接口被配置为 /开离散量输入配置寄存器 配置为 接口被配置为地/开离散量输入 数据寄存器 配置为 /开离散量输入时 表示开路状态 表示 状态数据寄存器 配置为地/开离散量输入时 表示接地状态 表示 开路状态 通过比较数据寄存器和配置寄存器数据实现故障诊断表 离散量输入电路 状态描述 信号 配置 故障标志接口故障外部故障故障不受影响无故障不受影响无故障不受影响故障不受影响 年 月呼明亮 等:高安全航空电爆管驱动及控制系统设计 .模拟量回采电路设计图 所示为电爆管在线监测等效电路图电爆管正端输出回采电路配置为 /开离散量输入电爆管负端输出回采电路配置为地/开离散量输入通过判断采集电压判断电爆管在线状态 采集电压分别通过调理电路、比例放大电路和/转换器 转换器采用美国 公司生产的 位 转换芯片 作 为 模 拟 量 采 集 芯 片 芯 片 线 性 误 差 为参考电压为.转换时间最大.满量程误差为.失调误差最大为 图 电爆管在线监测等效电路图忽略电爆管内阻当电爆管不在线时:当电爆管在线时的计算方法如下:()()()()()为汇流条母线电压范围为 为内部电压取值为 为二极管的管压降取值为.计算得 的取值范围.高安全软件设计图 所示软件运行流程图系统完成初始化后设置电爆管工作于安全态进行下桥臂功率输出单元测试下桥臂功率输出单元测试通过后进行上桥臂功率输出单元测试上桥臂功率输出单元测试通过后进行电爆管在线检测当电爆管在线时等待总线输出指令有效当输出指令有效时接通电爆管并实时监控电流当未检测到电流状态过流且电爆管不在线时断开上下桥臂功率输出开关管并锁定控制指令 当有任意一项不通过测试项时断开上下桥臂功率输出开关管并锁定控制指令图 软件运行流程图 实验.反时限保护曲线测试实验图 所示为反时限保护测试实验构型 由外部电源提供直流 工作电压根据跳闸保护时间曲线设置电子负载的电流使用总线监控器实时监控 状态 图 所示为反时限保护测试曲线横坐标为保护时间纵坐标为额定电流当电流大于额定电流 倍以上时关断时间为 随着电流倍数的减小保护时间被延长电路可以安全可靠工作.电爆管引爆实验图 所示为电爆管引爆实验构型图 电爆管引爆实验实物图 通过 仿真器注入控制命令通过总线监控器接收电爆管 检测结果 航 空 计 算 技 术 第 卷第 期图 反时限保护测试实验构型图 反时限保护测试曲线图 电爆管引爆实验构型图 电爆管引爆实验实物图 通过断线箱与电爆管连接通过示波器实时观测电爆管驱动电流 实验时先用等效功率电阻替代电爆管测试功率驱动电路的反时限保护时间当时间大于电爆管引爆时间时接入实际电爆管 当通过 仿真器注入安全状态时总线监控器上的 检测结果是无输出功率输出回读均为开路状态电爆管在线无过流信号当通过 仿真器注入引爆电爆管指令时总线监控器上的 检测结果应该是有输出功率输出回读分别为“”和“地”状态电爆管在线且无过流信号 电爆管正常引爆后 检测结果为安全状态结果 实验结果与上述预期结果一致说明驱动及控制系统设计的有效性 结束语本文设计了一套高安全航空电爆管驱动及控制系统系统主要包括传感器接口、硬件接口、软件接口和数据接口 硬件接口采用基于反时限保护的功率输出驱动方法实现功率驱动电路的自恢复、高安全、高可靠的保护 软件接口采用分级接口的故障检测方式识别电爆管断线、正端输出异常和负端输出异常等故障实现故障的准确隔离和快速定位 数据接口采用指令有效性确认实现指令数据、状态数据和 数据的综合处理 实验结果表明反时限保护曲线设计合理驱动及控制电路可实现正常过流保护和电爆管引爆功能反时限保护策略可进一步降低功率器件额定电流要求实现小型化设计对提升飞机系统安全具备重要现实意义参考文献:雷锋成程鹏邵云峰.可配置高精度火工装置测试仪的设计与实现.现代防御技术():.高宇翔.高可靠火工品点火供电控制方法.中国新通讯():.陈海峰聂伟荣.基于 的引信多用途起爆电路设计.火力与指挥控制():.武杰陈灿辉朱红等.高精度火工品控制电路测试方案的设计与实现.计算机测量与控制():.李静海.舰载导弹火工品点火电路安全技术研究.国防技术基础():.杜光远.固体继电器在武器系统中的应用.电子产品可靠性与环境试验():.:.():.年 月呼明亮 等:高安全航空电爆管驱动及控制系统设计