АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ПРОВЕРКИ СОСТОЯНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ СРЕДСТВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БЛОКОВ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области систем управления для испытаний сложных изделий ракетно-космической техники (РКТ).
При подготовке стендовых испытаний таких сложных изделий РКТ, как например, блоки ракет-носителей (РН) обязательной операцией перед установкой изделия на стенд является проверка пневматических, гидравлических и электрических бортовых систем. По сути эта операция, называемая обычно входным контролем, является после сборки блока РН на заводе-изготовителе первой проверкой взаимодействия систем этого блока. Для этого создаются специальные сооружения, называемые технической позицией или монтажно-испытательным корпусом (МИК), оснащенные системами подачи газов различного давления, маслостанциями для отработки электрогидросистем поворота камер сгорания, контрольно-проверочной аппаратурой. Эти проверки проводятся на «сухом» изделии (без заправки баков компонентами топлив), но программа проверок составляется с учетом максимально приближенной к работе изделия на стенде имитацией функционирования элементов изделия (датчиков, исполнительных органов). От полноты этих проверок зависит значение вероятности возврата изделия со стенда для устранения замечаний, выявленных при комплексных работах с изделием на стенде. Снятие изделия со стенда и его доработка на заводе или в МИК является дорогостоящей операцией и потерей порой драгоценного времени.
Одной из ответственных задач при этих проверках, является проверка бортовых средств штатных (летных) систем управления РН. К этим средствам относятся первичные измерительные преобразователи, входящие в контуры управления, исполнительные органы (электропневмоклапаны, электроприводы, в качестве которых могут быть реверсивные двигатели постоянного тока, шаговые двигатели, двухмоторные приводы с муфтами), штатные приборы для реализации связи с датчиками уровня в баках, аварийной защиты, с рулевыми машинами перемещения камер сгорания. Особенностью современных подходов к отработке ракет-носителей является участие при этом в максимальной степени средств бортовых систем управления. Практически это выражается в том, что при испытаниях блоков РН функции бортовой цифровой вычислительной машины должны выполняться стендовыми средствами, а периферийная часть систем управления РН проходит испытания в составе стендового изделия, одновременно обеспечивая функционирование пневматических и гидравлических систем изделия. Использование стендового вычислительного и управляющего оборудования связано со значительным отличием задач стендовых и летных испытаний. В свою очередь с этим связана уникальность программного обеспечения стендовой системы управления изделием при испытаниях РН на стенде.
Актуальность проверки состояния и функционирования бортовых средств систем управления РН связана, как и указано выше, в первую очередь с тем, что отдельные подсистемы бортовой системы, включая бортовую кабельную сеть, проверяются после изготовления при подготовке холодных и огневых испытаний блоков РН в комплексе.
Известны автоматизированные испытательные комплексы для проверки бортовых электрических систем указанного типа, например, «АИК Тест-2402» разработки холдинга «Информтест» (Каталог продукции холдинга «Информтест»: «Контрольно-измерительное оборудование в VXI и LXI стандартах», 2011 г.).
Этот автоматизированный испытательный комплекс содержит управляемый персональным компьютером системный контроллер, выход которого образует системную шину, к которой подключены модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и модуль сопряжения с дублированным интерфейсом последовательного типа.
В данном комплексе системная шина выполнена в стандарте VXI, интерфейс последовательного типа - в стандарте MIL STD-1553 В для связи с устройствами объекта контроля.
С помощью модулей вывода на объект контроля подаются тестовые электрические сигналы необходимого уровня тока и напряжения в требуемой последовательности, задаваемой системным контроллером. Тестовые сигналы могут быть двух типов. Первый - это сигналы включения исполнительных органов. Второй - сигналы для оценки характеристик электрических цепей объекта контроля.
Модули ввода служат для измерения параметров электрических цепей объекта контроля, выходных дискретных и аналоговых сигналов первичных измерительных преобразователей, входящих в состав объекта контроля.
Из состава модулей этого комплекса видно, что в нем не ставится задача сопряжения с резервированной (троированной) штатной системой управления, обеспечения идентичности сигналов и команд, подаваемых на объект, с аналогичными сигналами и командами, циркулирующими в штатной системе управления. В связи с этим известный комплекс не позволяет обнаружить все неисправности в схемах бортовых систем управления. Кроме того к недостатку данного комплекса также относится отсутствие задачи отработки сопряжения периферийных бортовых приборов управления со стендовой системой управления. В результате отработка этого сопряжения проводится непосредственно с установленным на стенде изделием, что при выявлении замечаний к этому сопряжению приводит к задержкам испытаний и экономическому ущербу.
Техническая задача, решаемая данной полезной моделью, заключается в повышении качества и сокращении сроков проверки функционирования бортовых средств и экономичности подготовки блоков РН к испытаниям на стенде.
Это достигается тем, что в известный автоматизированный комплекс проверки состояния и функционирования бортовых средств систем управления блоков ракет-носителей, содержащий управляемый персональным компьютером системный контроллер, выход которого образует системную шину, к которой подключены модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и модуль сопряжения с дублированным интерфейсом последовательного типа, согласно полезной модели введены, подключенные к системной шине, трехканальный адаптер связи с троированной периферийной частью бортовой системой управления и стендовый контроллер управления, выполняющий функции бортовой вычислительной машины, к каналу ввода-вывода которого подключены модули сопряжения с бортовой автоматикой ракеты-носителя.
На чертеже представлена структурная схема автоматизированного комплекса проверки состояния и функционирования бортовых средств системы управления блоков ракет-носителей.
Комплекс содержит системный контроллер 1, выполняющий через системную шину 2 функции вычисления и координации работы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов 3-1, …, 3-N и модуля сопряжения с дублированным интерфейсом последовательного типа 4, а также стендового контроллера управления 5 и трехканального адаптера связи с периферийной частью троированной бортовой системы управления 6. К каналу ввода-вывода стендового контроллера управления 5 подключены модули сопряжения с бортовой автоматикой ракет-носителей 7-1, …, 7-К. Персональный компьютер 8 является автоматизированным рабочим местом оператора.
Автоматизированный комплекс работает следующим образом. В исходном состоянии комплекса оператором с помощью персонального компьютера 8 в системный контроллер 1 и в стендовый контроллер управления 5 загружена программа тестирования периферии бортовой части системы управления изделия.
Затем по командам оператора с персонального компьютера 1 реализуются контрольные тесты. Рассмотрим три из них, характеризующих работу модулей известного комплекса и дополнительных модулей.
Первый пример - это измерение сопротивления между разобщенными электрическими цепями кабельной сети изделия. По командам системного контроллера 1 в одном из модулей 3-1, …, 3-N включаются поочередно бесконтактные реле, подключающие попарно разобщенные цепи к входу модуля измерения сопротивления из того же состава модулей 3-1, …, 3-N. Эти значения переводятся в физические значения и запоминаются в системном контроллере 1. Результаты работы теста передаются в персональный компьютер 8, где отображаются в удобной для оператора форме.
Второй пример - это проверка тракта регулирования тяги ракетного двигателя, входящего в состав РН. Привод регулятора тяги, датчик давления в камере ракетного двигателя и датчик угла поворота привода подключены через модули сопряжения с бортовой автоматикой 7-1, …, 7-К к стендовому контроллеру управления 5, реализующему при этих проверках, как и при огневых испытаниях РН алгоритм поддержания и изменения по заданию тяги ракетного двигателя. При этом алгоритм регулирования тяги по углу поворота привода регулятора проверяется в полном объеме. Алгоритм регулирования тяги по датчику давления проверяется с помощью программной или схемной имитации давления в камере сгорания ракетного двигателя через модули сопряжения с бортовой автоматикой 7-1, …, 7-К.
Третий пример - это проверка рулевого тракта поворота камер сгорания ракетного двигателя. В этот тракт входит троированный штатный бортовой прибор с последовательными цифровыми интерфейсами в каналах резервирования. На выходе этого прибора должен формироваться аналоговый (токовый синусоидальный) сигнал на гидропривод поворота камер сгорания с частотой до 25 Гц и амплитудой до 50 мА. Генерация последовательных кодов для передачи в бортовые интерфейсы обеспечивается адаптером связи с интерфейсом троированной бортовой системы управления 6.
Обычно в процессе этих проверок на гидропривод подается серия синусоидальных токов с разной частотой и с разной амплитудой в указанном диапазоне. Контроль поворота осуществляется по датчику угла поворота камер сгорания, подключенному к стендовому контроллеру управления 5 через один из модулей сопряжения с бортовой автоматикой 7-1, …, 7-К. Целью данных проверок является оценка правильности функционирования бортового прибора, в том числе выполнения операции мажоритирования аналоговых сигналов, а также оценка достаточности производительности стендового контроллера управления 4 для формирования частотного сигнала до 25 Гц. Проверка мажоритирования в троированных бортовых схемах проводится по исходным данным разработчика штатной системы управления. В ходе проверок на приборы подаются команды по троированной кодовой линии связи и возвращаются данные, которые формируются в контрольные массивы и сравниваются с заданными массивами. Эти тесты позволяют также сделать первую приближенную оценку амплитудно-фазочастотных характеристик тракта поворота камер сгорания, являющейся одной из задач огневых испытаний РН.
Из описания тестов этих трех примеров видно, что по первому из них они могут быть выполнены как в известном, так и в предлагаемом автоматизированных комплексах, а тесты второго и третьего примеров - только в предлагаемом.
Повышение качества и экономичности испытаний обеспечиваются более полной проверкой бортовой системы управления перед установкой РН на стенд, упреждающей проверкой интерфейса между стендовой и бортовой системами управления.