簡析冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用論文

簡析冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用論文

　　隨著人類對太空的不斷探索，人們逐步研發(fā)出各類飛行器送入太空，幫助人們探索未知世界，其中運載火箭一直是必不可少的運輸工具。運載火箭由多個子系統(tǒng)組成，各個系統(tǒng)分工協(xié)作完成各類衛(wèi)星等航天器的運輸工作，但近來年由于運載火箭系統(tǒng)故障，或者導(dǎo)致航天工程失敗的案例屢屢發(fā)生，因此對運載火箭系統(tǒng)可靠性的提升勢在必行，而冗余設(shè)計技術(shù)自提出以來就被廣泛應(yīng)用于航空航天系統(tǒng)的研制過程中，本文旨在結(jié)果實際案例綜述目前冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用，為相關(guān)科研院所提供參考。

　　1冗余技術(shù)

　　冗余技術(shù)是提高各類控制系統(tǒng)可靠性的一種手段。冗余是防止整個系統(tǒng)失敗的最可靠的方法，系統(tǒng)失敗指的是系統(tǒng)不能實現(xiàn)目標，也就是說，不能傳遞信息、維持結(jié)構(gòu)負載或者繼續(xù)運行，一般情況下，整個系統(tǒng)的失敗是可以通過冗余設(shè)計技術(shù)避免的，冗余設(shè)計技術(shù)可以分為多樣化冗余、同質(zhì)冗余、活動冗余和被動冗余四種冗余技術(shù)，冗余結(jié)構(gòu)和判別準則是冗余技術(shù)最主要的研究內(nèi)容。

　　2冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　目前，冗余設(shè)計技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于運載火箭系統(tǒng)中，本文選取其在制導(dǎo)分系統(tǒng)和姿態(tài)控制分系統(tǒng)中的應(yīng)用介紹冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　2.1冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭制導(dǎo)分系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.1.1冗余結(jié)構(gòu)

　　目前應(yīng)用在火箭制導(dǎo)分系統(tǒng)中比較典型的冗余結(jié)構(gòu)是三重復(fù)冗余結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要三冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用文/徐晨岳瑋運載火箭系統(tǒng)的可靠性是航空航天工程中至關(guān)重要的問題，而冗余設(shè)計技術(shù)是保證運載火箭系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文旨在結(jié)果實際案例綜述目前冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用，為相關(guān)科研院所提供參考。摘要套慣性測量裝置，從中分別得到兩組信號：視加速度信號：WX,WY,WZ和姿態(tài)角信號：△φφγ，這18路信號都通過特定的路徑傳送給箭載計算機，然后由相應(yīng)的軟件進行故障判別，因此三重復(fù)冗余結(jié)構(gòu)不需要設(shè)計硬件電路。

　　2.1.2判別準則

　　三重復(fù)冗余結(jié)構(gòu)的判別準則是少數(shù)服從多數(shù)，也即2:1或者3:0式的判別準則。根據(jù)前文所述，需要進行判別的有視加速度信號：WX,WY,WZ和姿態(tài)角信號：△φφγ。根據(jù)少數(shù)服從多數(shù)原則，對上述兩組信號分別進行比較，如果三套慣性測量裝置的信號相等時，則判定為無故障，當有一個與另兩個不相等時，則認為其中不一致信號為故障信號，當某個測量裝置的6路信號中存在故障信號時，則認為該套測量裝置已經(jīng)出現(xiàn)故障，將會被隔離。在工程實踐中，不可能存在兩個完全相等的信號，因此需要設(shè)計判別式，其中視加速度判別式如式(1)、(2)、(3)所示。

　　|Wj1-Wj2|≤εWj(1)

　　|Wj2-Wj3|≤εWj(2)

　　|Wj3-Wj1|≤εWj(3)

　　其中，j=x,y,z。

　　姿態(tài)角判別式如式(4)、(5)、(6)所示。

　　|θk1-θk2|≤εθk(4)

　　|θk2-θk3|≤εθk(5)

　　|θk3-θk1|≤εθk(6)

　　其中，k=△φφγ。

　　根據(jù)前文所述，對三套慣性測量裝置編號為1,2，3，當式(1)、(2)、(3)或者式(4)、(5)、(6)中任意一式成立，另兩式不成立時，則成立的公式所對應(yīng)的慣性測量裝置被認為是故障件。

　　2.2冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭姿態(tài)控制分系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭姿態(tài)控制分系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是指應(yīng)用在角運動參數(shù)測量裝置的冗余技術(shù)，也包括冗余結(jié)構(gòu)和判別準則兩方面，且在判別準則方面，有多種判別準則，在此僅介紹常用的判別準則。

　　2.2.1冗余結(jié)構(gòu)

　　角運動參數(shù)測量裝置是運載火箭系統(tǒng)中重要的裝置，與前文所述的制導(dǎo)分系統(tǒng)使用的是用同一套裝置，因此冗余結(jié)構(gòu)大同小異;但需要強調(diào)的是，當角運動參數(shù)測量裝置結(jié)合慣性穩(wěn)定平臺時，慣性穩(wěn)定平臺姿態(tài)角信號將會被輸出，因此此時需要一個接口電路，將該信號傳輸給箭載計算機。

　　2.2.2判別準則

　　在角運動參數(shù)測量裝置的冗余結(jié)構(gòu)中，根據(jù)不同情況，常有多種判別準則，其中最常用的是表決式準則，該準則需要三個傳感器，分別輸出其采集到的相應(yīng)的信號，并傳輸給箭載計算機，再由計算機上相應(yīng)的軟件按2:1表決方式進行判別，或者按照其他表決方式進行處理。

　　2.3冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭系統(tǒng)中的應(yīng)用實例

　　2.3.1天宮”運載火箭

　　我們自主研發(fā)的“天宮”號運載火箭就是一個冗余設(shè)計技術(shù)在運載火箭上應(yīng)用的典型案例，研發(fā)人員在“天宮”運載火箭的一些關(guān)鍵子系統(tǒng)上安裝幾個計算機系統(tǒng)，這些計算機系統(tǒng)都是備份系統(tǒng)，當“天宮”運載火箭在運行過程中出現(xiàn)故障時，這些計算機系統(tǒng)就會被啟用，從而解決系統(tǒng)故障，提高“天宮”運載火箭的安全性和可靠性。

　　2.3.2“長征”系列火箭

　　“長征”系列運載火箭是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的系列運載火箭，在“長征”系列火箭的研制過程中，研發(fā)人員均采用了冗余設(shè)計技術(shù)。除此之外，運載火箭的其他組成部分也進行了以提高安全性和可靠性為原則的改進。

　　3結(jié)論

　　隨著科技的進步，將會有其他各類新興技術(shù)被應(yīng)用于運載火箭系統(tǒng)的研制過程中，冗余技術(shù)作為一種在運載火箭系統(tǒng)中必可不缺的傳統(tǒng)技術(shù)，將會被不斷的改進和優(yōu)化，推動世界航空航天事業(yè)的發(fā)展。

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