载人航天工程高可靠嵌入式软件设计方法

来源 :导弹与航天运载技术 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tony_yang
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航天软件产品日益复杂并且在系统中所占比重越来越大,可靠性越来越受到关注.特别是载人航天任务对航天软件的可靠性提出了更高的要求,要求软件设计必需在保证功能性能正确的基础上,把可靠性措施落实到位,来避免各种存在于软硬件中的缺陷引发故障,最终导致任务失败.从程序设计和数据设计两个角度,来描述载人航天工程高可靠嵌入式软件的一些技术方法.
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为了适应载人运载火箭的“零窗口”发射要求,测发控系统必须具有较高的安全性和可靠性.介绍了一种高可靠的全冗余的测发控系统方案,提高发控可靠性,完备测试覆盖性,增强系统的信息处理能力和故障适应能力,确保发射任务圆满成功.载人航天交会对接运载火箭测发控系统采用全冗余的系统方案,结合计算机自动化测试技术、VXI总线技术、光纤通信和网络技术,构建了虚实结合的分布式测发控系统,实现了对控制系统箭上设备的供配电和状态控制,对各类参量的定量检测和定性监视,确保运载火箭的“零窗口”发射.
概述了载人航天工程运载火箭液体火箭发动机(以下简称“载人航天发动机”)的可靠性试车方法,重点分析了发动机在各种边缘工况下的试车考验情况,并通过发动机可靠性试车实例,说明了该试车方法比传统的试车方法能更有效地暴露发动机的薄弱环节,可更充分地验证发动机的可靠性水平.同时对发动机性能和结构可靠性评估方法进行了论述.最后对发动机可靠性试车方法及评估的创新点、经济效益、社会效率进行了总结.
混合比是液体火箭发动机的重要性能参数.某型发动机在飞行、试车过程中出现了混合比偏低问题,根据发动机系统特点,建立了发动机系统的静态特性模型,采用非线性分析方法对发动机混合比影响因素进行了研究.结果表明:泵扬程偏差和泵后主系统流阻偏差是发动机混合比偏差的重要影响因素,泵效率偏差和涡轮效率偏差对发动机混合比偏差影响很小;在影响因素偏差较小的情况下,性能变化量与影响因素近似呈线性关系;造成混合比偏差的各种影响因素对发动机推力等参数影响不同,确定混合比偏差影响因素应与推力等参数协同分析.
针对新型火箭垂直度多级联合全自动调整的控制需求,通过对需求分析及原理解析,建立控制算法模型,构建一个与算法适配的控制系统.通过对控制系统测试结果数据分析,完成系统及算法的改进提升,解决一键式多级联合全自动垂调控制的技术难题.
以可靠性为中心的维修分析是目前装备维修设计的常用分析方法.针对运载火箭活动发射平台,运用RCMA的理论和分析流程,研究并提出发射平台大修项目和方法,为其他同类大型复杂产品的大修提供参考和借鉴.
运载火箭活动发射平台主要通过螺旋传动机构实现状态转换.以发射平台支承臂及转换装置的螺旋传动机构为研究对象,分析该机构产生阻力增大的影响因素.在此基础上研究不同润滑条件、定位与导向、轴承锈蚀情况、转速和传动次数等对机构传动阻力特性的影响.
针对速率陀螺在运载火箭上的应用以及冗余方式进行了介绍,从速率陀螺的应用原理、冗余方式两方面进行了总结与归纳.针对CZ-2F双冗余速率陀螺方案,给出了姿控网络设计频域曲线及时域仿真结果,仿真结果表明,考虑单个速率陀螺故障下进行姿控系统设计,保证具有足够的稳定裕度,可以实现火箭在故障下的稳定飞行.
火箭贮箱增压及连接器脱落控制是保障火箭正常发射的重要环节,对火箭发射成败起着至关重要的作用.目前动力控制系统不具备独立的控制执行能力,存在功能模块零散、数据判读困难等缺点.针对以上不足之处,设计了全新的火箭贮箱增压及连接器脱落动力控制系统.该系统基于分布式控制架构和热备冗余工作机制,实现了远程控制模式,并增加了单点和急停控制功能.新系统具有更高的可靠性、安全性和自动化程度,为动力控制系统无人值守提供了有力的技术支撑.
为保证活动发射平台转换装置在同升同降动作时多个支腿运动的同步性,避免因支撑力不均导致过载,造成台体结构损伤,针对活动发射平台转换装置提出一种基于无线传感器测量的转换装置位置测量方案,并设计一种基于位置反馈的全自动主从同步控制方案.试验表明该方案可实现转换装置高精度同步控制,且简单高效、灵活可靠,控制效果良好,解决了转换装置同步控制的技术难题.
CZ-2F火箭是中国唯一在役的载人火箭,目前其使用的地面测发控系统已经超过10年,为了满足空间站工程的测试与发射需求,亟需开展更新改造.在分析了国内外运载火箭地面测发控技术的基础上,根据载人火箭的特点形成地面测发控系统的设计原则,兼顾继承性与先进性,提出了新型载人火箭地面测发控系统改进总体方案,并主要从地面测发控系统的可靠性、一体化、网络化和自动化4个方面,详细分析了载人火箭所采用的改进技术.