简析冗余设计技术在运载火箭系统中的应用论文

简析冗余设计技术在运载火箭系统中的应用论文

　　随着人类对太空的不断探索，人们逐步研发出各类飞行器送入太空，帮助人们探索未知世界，其中运载火箭一直是必不可少的运输工具。运载火箭由多个子系统组成，各个系统分工协作完成各类卫星等航天器的运输工作，但近来年由于运载火箭系统故障，或者导致航天工程失败的案例屡屡发生，因此对运载火箭系统可靠性的提升势在必行，而冗余设计技术自提出以来就被广泛应用于航空航天系统的研制过程中，本文旨在结果实际案例综述目前冗余设计技术在运载火箭系统中的应用，为相关科研院所提供参考。

　　1冗余技术

　　冗余技术是提高各类控制系统可靠性的一种手段。冗余是防止整个系统失败的最可靠的方法，系统失败指的是系统不能实现目标，也就是说，不能传递信息、维持结构负载或者继续运行，一般情况下，整个系统的失败是可以通过冗余设计技术避免的，冗余设计技术可以分为多样化冗余、同质冗余、活动冗余和被动冗余四种冗余技术，冗余结构和判别准则是冗余技术最主要的研究内容。

　　2冗余设计技术在运载火箭系统中的应用

　　目前，冗余设计技术已经被广泛应用于运载火箭系统中，本文选取其在制导分系统和姿态控制分系统中的应用介绍冗余设计技术在运载火箭系统中的应用。

　　2.1冗余设计技术在运载火箭制导分系统中的应用

　　2.1.1冗余结构

　　目前应用在火箭制导分系统中比较典型的冗余结构是三重复冗余结构，该结构需要三冗余设计技术在运载火箭系统中的应用文/徐晨岳玮运载火箭系统的可靠性是航空航天工程中至关重要的问题，而冗余设计技术是保证运载火箭系统可靠性的关键技术之一，本文旨在结果实际案例综述目前冗余设计技术在运载火箭系统中的应用，为相关科研院所提供参考。摘要套惯性测量装置，从中分别得到两组信号：视加速度信号：WX,WY,WZ和姿态角信号：△φφγ，这18路信号都通过特定的路径传送给箭载计算机，然后由相应的软件进行故障判别，因此三重复冗余结构不需要设计硬件电路。

　　2.1.2判别准则

　　三重复冗余结构的判别准则是少数服从多数，也即2:1或者3:0式的判别准则。根据前文所述，需要进行判别的有视加速度信号：WX,WY,WZ和姿态角信号：△φφγ。根据少数服从多数原则，对上述两组信号分别进行比较，如果三套惯性测量装置的信号相等时，则判定为无故障，当有一个与另两个不相等时，则认为其中不一致信号为故障信号，当某个测量装置的6路信号中存在故障信号时，则认为该套测量装置已经出现故障，将会被隔离。在工程实践中，不可能存在两个完全相等的信号，因此需要设计判别式，其中视加速度判别式如式(1)、(2)、(3)所示。

　　|Wj1-Wj2|≤εWj(1)

　　|Wj2-Wj3|≤εWj(2)

　　|Wj3-Wj1|≤εWj(3)

　　其中，j=x,y,z。

　　姿态角判别式如式(4)、(5)、(6)所示。

　　|θk1-θk2|≤εθk(4)

　　|θk2-θk3|≤εθk(5)

　　|θk3-θk1|≤εθk(6)

　　其中，k=△φφγ。

　　根据前文所述，对三套惯性测量装置编号为1,2，3，当式(1)、(2)、(3)或者式(4)、(5)、(6)中任意一式成立，另两式不成立时，则成立的公式所对应的惯性测量装置被认为是故障件。

　　2.2冗余设计技术在运载火箭姿态控制分系统中的应用

　　冗余设计技术在运载火箭姿态控制分系统中的应用主要是指应用在角运动参数测量装置的冗余技术，也包括冗余结构和判别准则两方面，且在判别准则方面，有多种判别准则，在此仅介绍常用的判别准则。

　　2.2.1冗余结构

　　角运动参数测量装置是运载火箭系统中重要的装置，与前文所述的制导分系统使用的是用同一套装置，因此冗余结构大同小异;但需要强调的是，当角运动参数测量装置结合惯性稳定平台时，惯性稳定平台姿态角信号将会被输出，因此此时需要一个接口电路，将该信号传输给箭载计算机。

　　2.2.2判别准则

　　在角运动参数测量装置的冗余结构中，根据不同情况，常有多种判别准则，其中最常用的是表决式准则，该准则需要三个传感器，分别输出其采集到的相应的信号，并传输给箭载计算机，再由计算机上相应的软件按2:1表决方式进行判别，或者按照其他表决方式进行处理。

　　2.3冗余设计技术在运载火箭系统中的应用实例

　　2.3.1天宫”运载火箭

　　我们自主研发的“天宫”号运载火箭就是一个冗余设计技术在运载火箭上应用的典型案例，研发人员在“天宫”运载火箭的一些关键子系统上安装几个计算机系统，这些计算机系统都是备份系统，当“天宫”运载火箭在运行过程中出现故障时，这些计算机系统就会被启用，从而解决系统故障，提高“天宫”运载火箭的安全性和可靠性。

　　2.3.2“长征”系列火箭

　　“长征”系列运载火箭是中国自主知识产权的系列运载火箭，在“长征”系列火箭的研制过程中，研发人员均采用了冗余设计技术。除此之外，运载火箭的其他组成部分也进行了以提高安全性和可靠性为原则的改进。

　　3结论

　　随着科技的进步，将会有其他各类新兴技术被应用于运载火箭系统的研制过程中，冗余技术作为一种在运载火箭系统中必可不缺的传统技术，将会被不断的改进和优化，推动世界航空航天事业的发展。

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