簡(jiǎn)析冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用論文
隨著(zhù)人類(lèi)對太空的不斷探索，人們逐步研發(fā)出各類(lèi)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(gè)子系統組成，各個(gè)系統分工協(xié)作完成各類(lèi)衛星等航天器的運輸工作，但近來(lái)年由于運載火箭系統故障，或者導致航天工程失敗的案例屢屢發(fā)生，因此對運載火箭系統可靠性的提升勢在必行，而冗余設計技術(shù)自提出以來(lái)就被廣泛應用于航空航天系統的研制過(guò)程中，本文旨在結果實(shí)際案例綜述目前冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用，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(lèi)控制系統可靠性的一種手段。冗余是防止整個(gè)系統失敗的最可靠的方法，系統失敗指的是系統不能實(shí)現目標，也就是說(shuō)，不能傳遞信息、維持結構負載或者繼續運行，一般情況下，整個(gè)系統的失敗是可以通過(guò)冗余設計技術(shù)避免的，冗余設計技術(shù)可以分為多樣化冗余、同質(zhì)冗余、活動(dòng)冗余和被動(dòng)冗余四種冗余技術(shù)，冗余結構和判別準則是冗余技術(shù)最主要的研究?jì)热荨?/p>
2冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用
目前，冗余設計技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用于運載火箭系統中，本文選取其在制導分系統和姿態(tài)控制分系統中的應用介紹冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用。
2.1冗余設計技術(shù)在運載火箭制導分系統中的應用
2.1.1冗余結構
目前應用在火箭制導分系統中比較典型的冗余結構是三重復冗余結構，該結構需要三冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用文/徐晨岳瑋運載火箭系統的可靠性是航空航天工程中至關(guān)重要的問(wèn)題，而冗余設計技術(shù)是保證運載火箭系統可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文旨在結果實(shí)際案例綜述目前冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用，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(guò)特定的路徑傳送給箭載計算機，然后由相應的軟件進(jìn)行故障判別，因此三重復冗余結構不需要設計硬件電路。
2.1.2判別準則
三重復冗余結構的判別準則是少數服從多數，也即2:1或者3:0式的判別準則。根據前文所述，需要進(jìn)行判別的有視加速度信號：WX,WY,WZ和姿態(tài)角信號：△φφγ。根據少數服從多數原則，對上述兩組信號分別進(jìn)行比較，如果三套慣性測量裝置的信號相等時(shí)，則判定為無(wú)故障，當有一個(gè)與另兩個(gè)不相等時(shí)，則認為其中不一致信號為故障信號，當某個(gè)測量裝置的6路信號中存在故障信號時(shí)，則認為該套測量裝置已經(jīng)出現故障，將會(huì )被隔離。在工程實(shí)踐中，不可能存在兩個(gè)完全相等的信號，因此需要設計判別式，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(shí)，則成立的公式所對應的慣性測量裝置被認為是故障件。
2.2冗余設計技術(shù)在運載火箭姿態(tài)控制分系統中的應用
冗余設計技術(shù)在運載火箭姿態(tài)控制分系統中的應用主要是指應用在角運動(dòng)參數測量裝置的冗余技術(shù)，也包括冗余結構和判別準則兩方面，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冗余結構
角運動(dòng)參數測量裝置是運載火箭系統中重要的裝置，與前文所述的制導分系統使用的是用同一套裝置，因此冗余結構大同小異;但需要強調的是，當角運動(dòng)參數測量裝置結合慣性穩定平臺時(shí)，慣性穩定平臺姿態(tài)角信號將會(huì )被輸出，因此此時(shí)需要一個(gè)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(dòng)參數測量裝置的冗余結構中，根據不同情況，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(gè)傳感器，分別輸出其采集到的相應的信號，并傳輸給箭載計算機，再由計算機上相應的軟件按2:1表決方式進(jìn)行判別，或者按照其他表決方式進(jìn)行處理。
2.3冗余設計技術(shù)在運載火箭系統中的應用實(shí)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(gè)冗余設計技術(shù)在運載火箭上應用的典型案例，研發(fā)人員在“天宮”運載火箭的一些關(guān)鍵子系統上安裝幾個(gè)計算機系統，這些計算機系統都是備份系統，當“天宮”運載火箭在運行過(guò)程中出現故障時(shí)，這些計算機系統就會(huì )被啟用，從而解決系統故障，提高“天宮”運載火箭的安全性和可靠性。
2.3.2“長(cháng)征”系列火箭
“長(cháng)征”系列運載火箭是中國自主知識產(chǎn)權的系列運載火箭，在“長(cháng)征”系列火箭的研制過(guò)程中，研發(fā)人員均采用了冗余設計技術(shù)。除此之外，運載火箭的其他組成部分也進(jìn)行了以提高安全性和可靠性為原則的改進(jìn)。
3結論
隨著(zhù)科技的進(jìn)步，將會(huì )有其他各類(lèi)新興技術(shù)被應用于運載火箭系統的研制過(guò)程中，冗余技術(shù)作為一種在運載火箭系統中必可不缺的傳統技術(shù)，將會(huì )被不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，推動(dòng)世界航空航天事業(yè)的發(fā)展。
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