关键词:
固体火箭发动机
推力测试
变速采集
信号处理
摘要:
固体火箭发动机作为现代航空航天系统的核心部分,在推动航天飞行器入轨以及为各类导弹提供强大动力等关键任务中占据着主导地位,扮演着军用及民用飞行器和武器研发过程中至关重要的角色。对固体火箭发动机在地面静止试验,特别是关于推力参数的测试,是深入研究发动机工作性能,确保发动机可靠与稳定工作必不可少的环节之一。目前针对现有固体火箭发动机测试系统中设备繁杂且成本高,仪器精度与采样率不足,测试系统灵活性与集成度低等问题,本论文研制了固体火箭发动机推力信号变速采集系统,主要研究内容如下:
(1)总体方案设计与理论研究分析。通过对固体火箭发动机推力-时间曲线特征和需求分析,并基于国内外测试系统不足之处确定了所设计系统的性能指标,完成了硬件电路,程序逻辑与整机设计方案,研究并分析了依据推力信号斜率变化的变速采样策略,匹配变速采样的数据编帧、解帧策略,减少数据量与完整记录信号的负延迟存储策略,模数转换及多类型数据转换策略,动态数据滤波策略,为后续工作提供了方案框架和理论指导。
(2)硬件电路与整机设计。根据硬件电路整体设计方案完成了集模拟信号隔离电路、AD采集电路、FPGA主控电路、以太网电路、电源电路、JTAG下载电路的电路原理图设计,阐述了PCB设计中的关键要点并完成了PCB走线布局与调试焊接,设计了整机面板并完成了整机装配。
(3)策略方法的程序设计。按照由顶层框架到底层实现的设计理念选用LabVIEW作为开发环境,对策略方法进行了分模块程序设计,完成了下位机FPGA中变速采集线程、DDR3读写控制线程、数字滤波线程、以太网通信线程、命令解析线程、数据转换线程等内容的设计。根据使用可靠稳定,功能齐全完善的思想完成了涵盖用户登录系统、数据处理与波形显示、文件保存及查看、命令发送、配置信息保存等功能的人工交互界面程序设计。
(4)试验验证与结果分析。搭建测试平台,下载程序至下位机并在上位机运行人工交互界面,完成了主要功能验证与整体试验,结果表明成功实现了所设计的策略方法,完成了对推力信号的变速采集、信号处理、上传解析、显示保存等功能,满足预设的指标要求,验证了系统设计方案的可行性。
本论文设计的固体火箭发动机推力信号变速采集系统完成了推力信号的变速采样及信号处理等技术的研究分析与实现应用,为推力信号采集系统的研发提供了新的设计思路与参考方案。