一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统及其控制方法与流程

本发明涉及火箭发射技术领域，更为具体来说，本发明为一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统及其控制方法。

背景技术：

在火箭发射过程中，高温、高速、高凝相燃气流往往会对发射设备、发射设施以及火箭本体产生严重的烧蚀，并同时产生了高声强噪声问题。为解决这些问题，火箭发射技术领域发展了喷水降温降噪新技术。该技术的实质是在火箭起飞的过程中利用一套喷水系统向预定区域喷水，利用冷水介质与高温、高速燃气流混合进行能量交换和动量交换，降低火箭发射燃气流的动量和能量，从而达到降低火箭发射时的燃气流烧蚀强度及噪声强度。

火箭发射过程是一个典型的瞬时事件，火箭发射燃气流影响发射支持系统以及发射设施的瞬时时间一般不超过十秒，由此决定开发的喷水降温降噪系统必须具有快速响应功能。一般来说，喷水降温降噪系统快速响应功能依赖喷水阀门的响应速度与发射场水流供应条件，在发射场水流供应条件满足的情况下，喷水阀门的响应速度便成为了重中之重。

虽然现有用于喷水的阀门有时也能满足响应速度要求，但在火箭发射这种特殊的条件下，对整个喷水系统的要求变得非常高，特别是对可靠性和鲁棒性的要求，常规的方案经常出现阀门失效、喷水延迟等问题，因而常规的方案无法保证阀门开闭的可靠性，从而导致火箭发射喷水降温降噪功能大打折扣，对发射设施、发射设备、及火箭本体造成了严重的伤害，甚至会导致火箭发射失败。

因此，在发射场水流供应条件满足的条件下，如何提高用于火箭发射喷水的阀门的可靠性成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

技术实现要素：

为解决常规的用于火箭发射喷水的蝶阀存在可靠性低等问题，本发明创新地提供了一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统及其控制方法，通过对驱动蝶阀的气动装置的冗余控制，解决现有的用于火箭发射喷水的蝶阀可靠性低的问题，实现用于火箭发射喷水的蝶阀有效、可靠地动作，从而提高了用于火箭发射喷水的蝶阀工作的可靠性和稳定性，进而提高了整个火箭发射喷水系统工作的可靠性。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统，所述蝶阀气动冗余系统包括气罐、第一电磁阀组、第二电磁阀组、第一单向阀、第一流量调节阀、第二单向阀、第二流量调节阀、气动装置及蝶阀；所述气罐、第一电磁阀组、第一单向阀、气动装置依次连接，形成正常状态供气通路；所述气罐、第二电磁阀组、第二单向阀、气动装置依次连接，形成故障状态供气通路；所述第一电磁阀组包括串联的三位四通电磁阀a和三位四通电磁阀b，所述第二电磁阀组包括三位四通电磁阀c；所述第一流量调节阀与所述第一单向阀并联，所述第二流量调节阀与所述第二单向阀并联，所述气罐具有进气口，所述气动装置连接所述蝶阀；所述蝶阀气动冗余系统还包括用于控制所述三位四通电磁阀a、三位四通电磁阀b、三位四通电磁阀c及气动装置开启或关闭的控制器。

本发明创新地为驱动蝶阀的气动装置提供了两条供气通路，一般情况下通过正常状态供气通路供气，在正常状态供气通路发生问题时，通过故障状态供气通路供气，实现“有备无患”地驱动气动装置，保证蝶阀的响应速度，从而提高了蝶阀工作的可靠性，且为火箭的成功发射提供了有效支持。

进一步地，所述蝶阀气动冗余系统还包括组合过滤器，所述组合过滤器同时与第一电磁阀组、第二电磁阀组连接。

进一步地，所述组合过滤器同时与三位四通电磁阀a、三位四通电磁阀c连接。

为提高整个气动冗余系统的可靠性和稳定性，本发明通过组合过滤器实现对整个蝶阀气动冗余系统的放气、收油，从而达到避免腐蚀、消音等技术目的。

进一步地，所述三位四通电磁阀a为带手动功能电磁阀。

进一步地，所述气动装置为双作用气动装置、具有两个入口，所述两个进气口分别与第一单向阀、第二单向阀连通。

本发明的另一个发明目的在于提供一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统的控制方法，该控制方法包括如下步骤，

s1，令三位四通电磁阀a保持关闭状态，令三位四通电磁阀b保持开启状态，令三位四通电磁阀c保持关闭状态；

s2，检测所述三位四通电磁阀a是否处于正常的工作状态，如果是，则执行步骤s3，如果否，则执行步骤s4；

s3，控制三位四通电磁阀a换位至相应的开通位置，三位四通电磁阀a开启，通过正常状态供气通路为气动装置供气；

s4，通过故障状态供气通路为气动装置供气。

本发明创新地为驱动蝶阀的气动装置提供了两条供气通路，一般情况下通过正常状态供气通路供气，在正常状态供气通路发生问题时，通过故障状态供气通路供气，实现“有备无患”地驱动气动装置，保证蝶阀的响应速度，从而提高了蝶阀工作的可靠性，且为火箭的成功发射提供了有效支持。

进一步地，步骤s4包括如下步骤，

s41，判断三位四通电磁阀a的工作故障模式：如果工作故障模式为“三位四通电磁阀a动作不响应”，则执行步骤s42；如果工作故障模式为“三位四通电磁阀a漏气”，则执行步骤s43；

s42，向三位四通电磁阀a发出放弃动作指令，同时向三位四通电磁阀c发出打开动作指令；

s43，向三位四通电磁阀b发出关闭动作指令，同时向三位四通电磁阀c发出打开动作指令。

本发明可以针对三位四通电磁阀具体的故障原因而自动发出合适的控制指令，避免由于三位四通电磁阀故障而影响整个喷水工作，实现有效、快速、合理地切换供气通路，保证蝶阀更为可靠和稳定的工作，从而满足火箭发射喷水降温降噪的要求。

进一步地，步骤s2中，通过向三位四通电磁阀a发送开启或关闭指令并且接收反馈信号的方式检测所述三位四通电磁阀a是否处于正常的工作状态。

进一步地，所述三位四通电磁阀a、三位四通电磁阀b、三位四通电磁阀c的动作响应时间均处于毫秒数量级。

进一步地，上述的步骤分别执行于发射试验前的自检过程中、发射试验过程中及实际发射过程中。

本发明的有益效果为：本发明创新地开发了电磁阀的有效组合与冗余控制方案，提供了为蝶阀供气的正常状态供气通路和故障状态供气通路，保证蝶阀及时的响应，从而大大地提高了用于火箭发射喷水的蝶阀动作的可靠性。

附图说明

图1为用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统结构示意图。

图2为用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统的控制方法简易流程示意图。

图3为用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统的控制方法详细流程示意图。

图中，

1、蝶阀；2、气动装置；31、第一单向阀；32、第二单向阀；41、第一流量调节阀；42、第二流量调节阀；51、三位四通电磁阀b；52、三位四通电磁阀a；53、三位四通电磁阀c；6、气罐；7、进气口；8、组合过滤器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统及其控制方法进行详细的解释和说明。

如图1、2所示，针对现有用于火箭发射喷水的蝶阀1动作可靠性低的薄弱环节，而单个电磁阀会影响整个火箭发射喷水系统工作的可靠性，本发明公开了一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统，该系统创新地采用了用于匹配双作用气动装置的三个三位四通电磁阀，上述双作用气动装置用于驱动蝶阀1。

具体来说，该蝶阀气动冗余系统包括气罐6、第一电磁阀组、第二电磁阀组、第一单向阀31、第一流量调节阀41、第二单向阀32、第二流量调节阀42、气动装置2及蝶阀1；气罐6、第一电磁阀组、第一单向阀31、气动装置2依次连接，形成正常状态供气通路，如图1中实线形成的通路所示；气罐6、第二电磁阀组、第二单向阀32、气动装置2依次连接，形成故障状态供气通路，如图1中虚线形成的通路所示；第一电磁阀组包括串联的三位四通电磁阀a52和三位四通电磁阀b51，该第一电磁阀组为正常状态工作组，第二电磁阀组包括三位四通电磁阀c53，该第二电磁阀组为故障状态工作组，本实施例中，三位四通电磁阀a52为带手动功能电磁阀；正常状态供气通路中还包括第一流量调节阀41，第一流量调节阀41与第一单向阀31并联，故障状态供气通路中还包括第二流量调节阀42，第二流量调节阀42与第二单向阀32并联，气罐6具有用于充气的进气口7，气动装置2连接蝶阀1、驱动蝶阀1动作，本实施例中，气动装置2为双作用气动装置、具有两个入口，两个进气口7分别与第一单向阀31、第二单向阀32连通；蝶阀气动冗余系统还包括用于控制三位四通电磁阀a52、三位四通电磁阀b51、三位四通电磁阀c53及气动装置2开启或关闭的控制器。上述的蝶阀气动冗余系统还包括组合过滤器8，组合过滤器8同时与第一电磁阀组、第二电磁阀组连接，具体来说，组合过滤器8同时与三位四通电磁阀a52、三位四通电磁阀c53连接。

在安装上述蝶阀气动冗余系统时，正常状态工作组中一个三位四通电磁阀处于常开状态，一个三位四通电磁阀处于常关状态，本实施例中，处于常开状态的三位四通电磁阀为三位四通电磁阀b51，处于常关状态的三位四通电磁阀为三位四通电磁阀a52；故障状态工作组中的一个三位四通电磁阀处于常关状态，本实施例中，处于常关状态的三位四通电磁阀为三位四通电磁阀c53。在火箭发射试验前确认三个三位四通电磁阀处于正常工作状态，整个喷水气动控制系统工作状态正常；在需要喷水的过程中，上述的三个三位四通电磁阀根据需要进行相应的动作。

如图1、2、3所示，本发明还公开了一种用于火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统的控制方法，该控制方法用于对上述的火箭发射喷水的蝶阀气动冗余系统进行控制，该控制方法包括如下步骤。

s1，上述的蝶阀气动冗余系统安装完成后，初始状态下，令三位四通电磁阀a52保持关闭状态，令三位四通电磁阀b51保持开启状态，令三位四通电磁阀c53保持关闭状态。

s2，检测三位四通电磁阀a52是否处于正常的工作状态，如果是，则执行步骤s3，如果否，则执行步骤s4；本实施例中，通过向三位四通电磁阀a52发送开启或关闭指令并且接收反馈信号的方式检测三位四通电磁阀a52是否处于正常的工作状态。比如，在火箭发射试验过程中，首先对正常状态工作组中的三位四通电磁阀a52发出用于喷水的蝶阀1开启或关闭命令，如果检测信号持续反馈三位四通电磁阀工作状态正常，则执行步骤s3。

s3，控制三位四通电磁阀a52换位至相应的开通位置，三位四通电磁阀a52开启，通过正常状态供气通路为气动装置2供气。本实施例为打开双作用启动装置供气通路，由双作用气动装置正常驱动蝶阀1开启或关闭动作。

s4，通过故障状态供气通路为气动装置2供气。具体来说，正常状态工作组存在两种典型的工作故障模式，如图3所示，步骤s4具体地包括如下步骤：

s41，判断三位四通电磁阀a52的工作故障模式：如果工作故障模式为“三位四通电磁阀a52动作不响应”，即正常工作组中常闭三位四通电磁阀不能换位打通驱动气动装置2动作的供气通路，则执行步骤s42；如果工作故障模式为“三位四通电磁阀a52漏气”，即正常工作组中常闭三位四通电磁阀关键部位漏气或阀位切换不到位造成窜气，则执行步骤s43；上述的两种故障模式检测均可通过检测信号向控制器(电控系统终端)反馈为故障模式。

s42，控制器迅速向三位四通电磁阀a52发出放弃动作指令，同时向三位四通电磁阀c53发出打开动作指令，由故障状态组中的常闭的三位四通电磁阀(即三位四通电磁阀c53)发挥热备冗余功能，执行换位动作，打开双作用气动装置所需的供气通路。

s43，控制器迅速向三位四通电磁阀b51发出关闭动作指令，同时向三位四通电磁阀c53发出打开动作指令，故障状态组中的常闭的三位四通电磁阀(即三位四通电磁阀c53)发挥热备冗余功能，执行换位动作，打开双作用气动装置所需的供气通路。

需要说明的是，为适应火箭发射喷水的实时性要求，上述的三位四通电磁阀a52、三位四通电磁阀b51、三位四通电磁阀c53的动作响应时间均处于毫秒数量级，各个三位四通电磁阀动作响应时间为几十或几百毫秒，从而保证了故障模式信号反馈及电磁阀动作响应时间相对蝶阀1动作时间(秒级)均很短，从而实现故障模式下本发明的蝶阀1气动冗余控制方案具体应对措施快速、有效，能够适时打开上述的双作用气动装置所需的供气通路，从而进一步提高蝶阀1动作的可靠性。本发明采用三位四通电磁阀替代常规的两位两通电磁阀和两位三通电磁阀，彻底解决了常规的两位两通电磁阀和两位三通电磁阀难以匹配实现冗余控制的技术难题。另外，上述的步骤分别执行于发射试验前的自检过程中、发射试验过程中及实际发射过程中，比如，在发射试验前，通过蝶阀气动冗余系统进行必要的自检工作，从而确认电磁阀、气动装置2、蝶阀1等元器件处于正常状态，从而排除了各元器件底端或低级故障模式，初步保证了发射试验过程中喷水控制系统工作的可靠性。最后，需强调的是，本发明可具有通用性，在本发明的技术启示下，其他需要冗余的情况也可采用和借鉴。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书描述中，参考术语“本实施例中”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。