ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИМИТАТОР СТАЦИОНАРНОГО ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК F03H1/00 

Изобретение относится к средствам и методам имитации работы электрических ракетных двигателей, а именно стационарных плазменных двигателей (СПД), называемых также плазменными двигателями с замкнутым дрейфом электронов, применяемым при проведении электрических проверок и наземных стендовых испытаний системы питания и управления (СПУ) в составе электроракетных двигательных установок космических аппаратов (ЭРДУ).

Известны различные виды имитаторов СПД. В патенте RU 2073796 С1 (дата публикации: 20.02.1997) описан электрический имитатор СПД, представляющий собой стеклянную колбу, заполненную ксеноном, в которой размещены анод, катод и поджигные электроды. Катушки индуктивности расположены снаружи колбы и объединены магнитопроводом в единую магнитную систему. Имитатор используется для проведения электрических проверок СПУ в составе ЭРДУ, однако он не обеспечивает полную имитацию СПД и не позволяет воспроизводить регулировочные характеристики СПД при изменении расхода рабочего тела (ксенона) в реальном масштабе времени.

В патенте RU 2395716 С1 (дата публикации: 26.01.2009) описан электрический имитатор ЭРДУ на основе СПД. Известное устройство содержит электрические имитаторы параметров электроклапана подачи газа, исполнительного органа регулятора подачи газа, поджигного и разрядного промежутков двигателя, системы хранения рабочего вещества, а также имитаторы функциональных свойств электроклапана подачи газа, исполнительного органа регулятора подачи газа и поджигного промежутка двигателя. Выходы имитаторов исполнительного органа регулятора подачи газа и поджигного промежутка подключены к общему управляющему входу транзисторного имитатора проводимости плазмы. Второй выход имитатора исполнительного органа регулятора подачи газа соединен с выходом имитатора электроклапана подачи газа. Второй вход электроклапана подачи газа и первый вход имитатора-задатчика аномальной проводимости плазмы подключены к общему выводу имитатора системы хранения рабочего вещества. Второй вход имитатора-задатчика подключен к внешнему устройству управления уставкой имитатора-задатчика. Выход имитатора-задатчика соединен с общим управляющим входом транзисторного имитатора проводимости.

Известное устройство не позволяет имитировать работу всех узлов и блоков СПД совместно с СПУ из-за отсутствия имитаторов магнитной системы, нагревателя катода, пусковых бросков и колебаний разрядного тока. Вследствие этого невозможно имитировать динамические процессы, происходящие при работе СПД в составе ЭРДУ.

Наиболее близким аналогом изобретения является электрический имитатор СПД, раскрытый в патенте RU 2610623 С1 (дата публикации: 14.02.2017). Данный имитатор обеспечивает полноту электрических нагрузок, подключаемых к СПУ, и имитацию динамических процессов, протекающих при работе СПД. Известное устройство содержит имитатор поджигного промежутка, имитатор регулятора рабочего тела, включающий резистивную токоограничивающую нагрузку, имитатор магнитной системы с катушками индуктивности, имитатор нагревателя катода, подключенный к шине катода, имитатор броска пускового разрядного тока, подключенный между плюсовой шиной и шиной катода.

В состав электрического имитатора входит транзисторный узел, силовой ключ с характеристикой тиристорного типа, датчик тока, своим входом подключенный между вторым выводом резистивной токоограничивающей нагрузки и плюсовой шиной СПУ, генератор, имитирующий напряжение колебаний разрядного тока. Имитатор содержит суммирующий усилитель, первый вход которого подключен к функциональному выходу имитатора регулятора расхода рабочего тела, второй вход подключен к выходу генератора, имитирующего напряжение колебаний тока разряда, третий вход подключен к выходу датчика тока. Выход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу транзисторного узла с регулируемой проводимостью. Шина катода подключена к минусовому входу имитатора СПД через катушки индуктивности имитатора магнитной системы.

Имитатор вместо СПД (в штатной комплектации) подключается через силовые выводы к соответствующим выводам СПУ. При имитации СПД с помощью известного устройства возникает ряд технических проблем, связанных с ограниченными возможностями при имитации пускового броска разрядного тока и колебаний разрядного тока из-за реализации данных процессов с помощью аппаратных средств, а также отсутствием возможности имитации температурных изменений сопротивления элементов СПД, в том числе магнитной системы СПД. Кроме того, при проведении стендовых испытаний многорежимных СПД и изменении типа испытуемого СПД и/или СПУ требуется внесение изменений в схему подключения и элементный состав имитатора. В процессе имитации совместной работы узлов и блоков СПД необходимо также получение достоверных данных о нагрузочных характеристиках СПУ.

Изобретение направлено на устранение перечисленных выше технических проблем за счет решения задач, связанных с обеспечением возможности использования для электрической имитации СПД при проведении испытаний СПУ массивов данных на основании временных диаграмм, предварительно полученных при оцифровке реальных осциллограмм напряжений и токов в цепях питания узлов и блоков СПД. Вместе с тем необходимо обеспечить возможность автоматической фиксации в процессе имитации работы СПД измеряемых параметров (токов и напряжений) в блоках имитации СПД для последующего включения полученной информации в протоколы испытаний.

Задачами изобретения являются повышение достоверности имитации переходных рабочих процессов в СПД, обеспечение возможности управления процессами имитации и расширение функциональных возможностей имитатора СПД при электрических проверках и наземных испытаниях СПУ, в том числе при отработке СПУ, применяемых для многорежимных СПД.

За счет решения указанных технических задач достигаются следующие технические результаты: обеспечивается управление процессами имитации работы СПД, достигается высокая степень достоверности имитируемых переходных процессов за счет использования предварительно полученных массивов данных, расширяются функциональные возможности имитатора СПД за счет возможности имитации динамических процессов в широком диапазоне параметров и адаптации к различным режимам работы, типам и типоразмерам СПД, в том числе при отработке многорежимных СПД, без внесения изменений в схему имитатора. Вместе с тем обеспечивается синхронная автоматическая фиксация измеряемых параметров (токов и напряжений) в блоках имитации СПД для последующего включения в протоколы испытаний СПУ.

Перечисленные выше технические результаты достигаются при использовании электрического имитатора СПД, включающего в свой состав блоки имитации разрядного промежутка, поджига катода, нагревателя катода, магнитной системы, регулятора расхода рабочего тела и клапанов подачи рабочего тела. Силовые входы перечисленных блоков имитации выполнены с возможностью подключения к выходам источников электропитания СПУ.

Согласно изобретению имитатор СПД дополнительно содержит микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к шине аналоговых сигналов, выход микроконтроллера подключен к шине адреса данных. Каждый блок имитации включает в свой состав датчики тока и напряжения силовой цепи, выходы которых подключены к шине аналоговых сигналов, и преобразователь сигнала.

В состав преобразователя сигнала входит гальваническая развязка, вход которой подключен к шине адреса данных, дешифратор адреса, вход которого соединен с выходом гальванической развязки, умножающий цифро-аналоговый преобразователь, вход данных которого подключен к выходу гальванической развязки, а вход записи данных - к выходу дешифратора адреса, делитель напряжения, подключенный к силовым выводам преобразователя сигнала, токоограничивающий и шунтирующий резисторы, операционный усилитель и полевой транзистор. Сток полевого транзистора подключен через токоограничивающий резистор к первому входу делителя напряжения. Исток полевого транзистора подключен через шунтирующий резистор ко второму входу делителя напряжения. Затвор полевого транзистора соединен с выходом операционного усилителя.

Схемы подключения в различных блоках имитации имеют следующие отличия. В блоке имитации разрядного промежутка неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к истоку полевого транзистора. Вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к средней точке делителя напряжения.

В каждом блоке имитации поджига катода, нагревателя катода и регулятора расхода рабочего тела неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя. Вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к истоку полевого транзистора.

Каждый из блоков имитации магнитной системы и клапанов подачи рабочего тела включает в свой состав дроссель (катушку индуктивности). В каждом из блоков имитации магнитной системы и клапанов подачи рабочего тела неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения, первый вход которого подключен к силовому входу блока имитации через дроссель. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя. Вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к истоку полевого транзистора.

Достижение технических результатов с помощью электрического имитатора СПД в совокупности перечисленных выше признаков связано с реализацией следующих процессов, связанных с электрической имитацией работы узлов и блоков СПД.

Для имитации работы потребляющих электрическую энергию узлов, блоков и элементов конструкции СПД используется управляемая по величине проводимости или сопротивления силовая цепь, включающая токоограничивающий резистор, полевой транзистор и шунтирующий резистор. С помощью управляемой силовой цепи обеспечивается имитация проводимости разрядного промежутка СПД в установленных пределах значений проводимости (сопротивления). Для имитации электрических цепей поджига катода, нагревателя катода и регулятора расхода рабочего тела с помощью управляемой силовой цепи имитируются активные сопротивления электрических цепей СПД в установленных пределах значений активных сопротивлений. Для имитации электрических цепей магнитной системы и клапанов подачи рабочего с помощью управляемой силовой цепи имитируются активное и реактивное сопротивление электрических цепей СПД в установленных пределах значений сопротивлений. В этом случае в управляемые силовые цепи блоков имитации включается индуктивность в виде дросселя (катушки индуктивности). Предельные значения (ограничения) имитируемых проводимостей и сопротивлений электрических цепей устанавливаются путем выбора характеристик токоограничивающего и шунтирующего резисторов, включенных в силовую цепь соответствующего блока имитации.

Для задания текущих значений проводимостей и сопротивлений электрических цепей используются преобразователи сигнала, обеспечивающие прямую пропорциональную зависимость выходного сигнала от поступающего в блок имитации цифрового кода данных, который передается из микроконтроллера через шину адреса данных. Выбор блока имитации, в который должны поступать соответствующие данные из микроконтроллера, осуществляется с помощью индивидуального дешифратора адреса блока имитации, имеющего свой идентифицирующий номер. Вследствие этого входные данные записываются именно в том блоке имитации, для работы которого они предназначены.

Прямая пропорциональная зависимость выходного сигнала в силовой цепи блока имитации от входного цифрового обеспечивается за счет использования в составе преобразователя сигнала полевого транзистора, умножающего цифро-аналогового преобразователя, операционного усилителя и делителя напряжения, подключенного к силовым входам блока имитации, Входы и выходы умножающего цифро-аналогового преобразователя и операционного усилителя в каждом блоке имитации соединены между собой определенным образом в зависимости от вида имитируемой нагрузки в силовой цепи блока имитации.

В предпочтительном варианте выполнения имитатор СПД содержит микроконтроллер, выполненный с управляющим входом, с возможностью подключения управляющего входа к локальной вычислительной сети и компьютеру. Данная возможность позволяет оператору вносить изменения в задаваемые входные данные и управлять процессом имитации работы узлов и блоков СПД при проведении электрических проверок или испытаний СПУ ЭРДУ. При этом не исключается возможность использования микроконтроллера в автономном режиме (без подключения к локальной вычислительной сети и компьютеру) в процессе проведения электрических проверок или испытаний СПУ ЭРДУ. В этом случае в блок памяти микроконтроллера предварительно загружается массив входных данных для каждого из блоков имитации и осуществляется предварительная настройка режимов имитации СПД.

В качестве гальванических развязок в блоках имитации могут использоваться оптроны, например двухканальные логические оптронные переключатели К293ЛП8Т с цифровым выходом (Оптроны и твердотельные реле, АО «Протон», 2023. -URL: https://optron.proton-orel.ru/upload/library/catalog/optrony-i-ttr-2023.pdf). При этом не исключается возможность применения иных видов гальванических развязок, обеспечивающих передачу информационных сигналов между электрическими цепями, не имеющими непосредственного электрического контакта.

Далее изобретение поясняется описанием примера осуществления изобретения, согласно которому электрический имитатор СПД используется в составе стендового оборудования для проведения электрических испытаний СПУ ЭРДУ.

На поясняющих чертежах изображено следующее:

на фиг. 1 - блок-схема электрического имитатора СПД;

на фиг. 2 - блок-схема блоков имитации электрического имитатора СПД;

на фиг. 3 - схема преобразователя сигнала блока имитации разрядного промежутка;

на фиг. 4 - схема преобразователя сигнала блоков имитации поджига катода, нагревателя катода и регулятора расхода рабочего тела;

на фиг. 5 - схема преобразователя сигнала блоков имитации магнитной системы и клапанов подачи рабочего тела.

Электрический имитатор СПД содержит шесть блоков имитации, каждый из которых раздельно подключается к выходам источников электропитания стендовой СПУ 1 (фиг. 1 чертежей). Блоки имитации СПД включают: блок 2 имитации разрядного промежутка (БИРП), блок 3 имитации поджига катода (БИПК), блок 4 имитации нагревателя катода (БИНК), блок 5 имитации регулятора расхода рабочего тела (БИРР), блок 6 имитации магнитной системы (БИМС), блок 7 имитации клапанов подачи рабочего тела (БИКП).

В состав имитатора СПД входит микроконтроллер (МК) 8 с многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 9. Управляющий вход МК 8 подключается к локальной вычислительной сети (ЛВС) 10, включающей компьютер. Вход АЦП 9 подключен к шине 11 аналоговых сигналов, которая связана с аналоговыми выходами датчиков тока и напряжения, входящих в состав блоков имитации. Выход МК 8 подключен к шине 12 адреса данных, соединенной с входами блоков имитации.

Каждый блок имитации (фиг. 2 чертежей) включает в свой состав датчик 13 тока и датчик 14 напряжения силовой цепи блока имитации. Преобразователь сигнала (ПС) 15, входящий в состав блока имитации, подключен к выходам источника электропитания СПУ 1, предназначенного для электропитания соответствующего блока имитации. Датчик 13 тока включен в электрическую цепь между положительным полюсом источника электропитания СПУ 1 и первым силовым выводом ПС 15. Датчик 14 напряжения подключен между первым и вторым силовыми выводами ПС 15. Аналоговые выходы датчиков 13 и 14 соединены с шиной 11 аналоговых сигналов.

ПС 15 (фиг. 3, 4, 5 чертежей) содержит гальваническую развязку (ГР) 16, в качестве которой в рассматриваемом примере осуществления изобретения используются оптроны (электронные приборы с совмещенными в одном корпусе светодиодом и фотоприемником). ГР 16 представляет собой двухканальный логический оптронный переключатель К293ЛП8Т с цифровым выходом. Вход ГР 16 подключен к шине 12 адреса данных. ПС 15 включает в свой состав дешифратор адреса (ДША) 16, вход которого соединен с выходом ГР 16, умножающий цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 18, вход данных которого подключен к выходу ГР 16, а вход записи данных - к выходу ДША 7. При этом каждый ПС 15 в блоках имитации имеет свой индивидуальный, отличный от других преобразователей сигнала, адрес для записи входных данных, предназначенных для работы определенного блока имитации.

ПС 15 содержит делитель напряжения, подключенный к силовым входам блока имитации. В рассматриваемом примере осуществления делитель напряжения состоит из двух резисторов 19 и 20.

ПС 15 также включает в свой состав токоограничивающий резистор 21 и шунтирующий резистор 22, операционный усилитель (ОУ) 23 и полевой транзистор (ПТ) 24. Сток ПТ 24 подключен через токоограничивающий резистор 21 к первому входу делителя напряжения (к резистору 19). Исток ПТ 24 подключен через шунтирующий резистор 22 ко второму входу делителя напряжения (к резистору 20). Затвор ПТ 24 соединен с выходом ОУ 23. Резисторы 21, 22 и ПТ 24 образуют силовую цепь блока имитации.

Схемы подключения и элементный состав ПС 15 имеют отличия для различных блоков имитации в зависимости от вида и функционального назначения имитируемой нагрузки. Для БИРП 2 схема ПС 15, изображенная на фиг. 3 чертежей, выполнена со следующими подключениями: неинвертирующий вход ОУ 23 подключен к аналоговому выходу ЦАП 18, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к истоку ПТ 24, вход опорного напряжения ЦАП 18 подключен к средней точке делителя напряжения (между резисторами 19 и 20),

Для БИПК 3, БИНК 4 и БИРР 5 схема ПС 15, изображенная на фиг. 4 чертежей, выполнена со следующими подключениями: неинвертирующий вход ОУ 23 подключен к средней точке делителя напряжения (между резисторами 19 и 20), инвертирующий вход ОУ 23 подключен к аналоговому выходу ЦАП 18, вход опорного напряжения ЦАП 18 подключен к истоку ПТ 24.

Для БИМС 6 и БИКП 7 в состав ПС 15 включен дроссель 25. Схема ПС 15, изображенная на фиг. 5 чертежей, выполнена со следующими подключениями: неинвертирующий вход ОУ 23 подключен к средней точке делителя напряжения (между резисторами 19 и 20), первый вход делителя напряжения подключен к силовому входу блока имитации (БИМС 6 и БИКП 7) через дроссель 25, инвертирующий вход ОУ 23 подключен к аналоговому выходу ЦАП 18, вход опорного напряжения ЦАП 18 подключен к истоку ПТ 24.

Работа электрического имитатора СПД, изображенного на фиг. 1-5 чертежей, осуществляется следующим образом.

Перед включением СПУ 1, подключаемой к блокам имитации, производится загрузка блока памяти МК 8 массивом данных, содержащих параметры и временные диаграммы переходных процессов для каждого блока имитации. В рассматриваемом примере осуществления изобретения массив данных загружается через ЛВС 10, подключенную к компьютеру (рабочему месту оператора).

После включения источников электропитания СПУ 1 и подключения к ним блоков имитации на входы блоков имитации через шину 12 передается массив управляющих данных из МК 8. На вход МК 8 через встроенный АЦП 9 и шину 11 из каждого блока имитации поступают текущие значения тока и напряжения в силовой цепи с датчиков 13 и 14. Поступающие в МК 8 данные проходят первичную обработку: дешифрацию по номеру блока имитации, усреднение и масштабирование. После первичной обработки данные измерений передаются через ЛВС 10 на компьютер оператора для документирования и отображения в реальном масштабе времени. Данные измерений, поступающие с датчиков 12 и 14, используются для составления протокола испытаний. При использовании ЛВС 10 с компьютером оператор имеет возможность вмешиваться в процесс проверок и испытаний СПУ, управлять процессом испытаний и предотвращать аварийные ситуации.

Возможен также вариант использования МК 8 без подключения к ЛВС 10 и компьютеру. В этом случае МК 8 работает в автономном режиме. В блок памяти МК 8 заранее вводится массив управляющих данных в соответствии с программой испытаний. Данные измерений фиксируются в блоке памяти МК 8, а затем передаются оператору для последующей обработки и составления протокола испытаний.

Входы данных ЦАП 18 в каждом блоке имитации подключаются к шине 12 через ГР 16, обеспечивающие передачу информационных сигналов между электрическими цепями, не имеющими непосредственного электрического контакта. В рассматриваемом примере для передачи информационных сигналов в качестве ГР 16 применяются оптронные переключатели К293ЛП8Т с цифровым выходом. В других вариантах реализации изобретения могут быть использованы иные виды гальванических развязок, в том числе гальванические развязки на коммутируемых конденсаторах.

ПС 15 в каждом блоке имитации имеет свой индивидуальный адрес для записи данных, предназначенных для работы определенного блока имитации. Для выбора блока имитации, на который предаются входные данные из МК 8 через шину 12, используется дешифраторы адресов в каждом блоке имитации. Номер выхода ДША 16 определяет блок имитации, в который поступают и будут записаны управляющие входные данные. Информационный сигнал из ГР 16 поступает на вход данных ЦАП 18, а управляющий сигнал из ДША 17 - на вход записи данных ЦАП 18. При этом аналоговый вход ЦАП 18 может быть подключен к одному из двух входов ОУ 23 в зависимости от функционального назначения блока имитации, определяющего вид нагрузки для СПУ 1.

В БИРП 2 (фиг. 3 чертежей) при подключении входа опорного напряжения ЦАП 18 к средней точке делителя напряжения на вход ЦАП 18 подается опорное напряжение U_ОП. На аналоговом выходе ЦАП 18 формируется сигнал прямо пропорциональный коду N на цифровом входе ЦАП 18. Данная зависимость устанавливается при перемножении цифрового кода N с аналоговым сигналом U_ОП положительной полярности. Сформированный аналоговый сигнал U_N подается на неинвертирующий вход ОУ 23, а на инвертирующий вход ОУ 23 подается напряжение отрицательной полярности через обратную связь с истоком ПТ 24. При этом затвор ПТ 24 связан с выходом ОУ 23. В результате данного схемного решения проводимость силовой цепи БИРП 2, подключенной к выводам СПУ 1, устанавливается в соответствии с кодом данных, передаваемым в БИРП 2 через шину 12 от МК 8.

Аналогичным образом, с помощью ПС 15, устанавливаются заданные значения активного сопротивления в силовых цепях БИПК 3, БИНК 4 и БИРР 5 (фиг. 4 чертежей). Код данных передается из МК 8 через шину 12 и ГР 16 в ДША 17, Управляющий сигнал с выхода ДША 17 передается на вход записи данных ЦАП 18, а информационный сигнал из ГР 16 - на вход данных ЦАП 18. На аналоговый вход ЦАП 18 по линии обратной связи поступает сигнал с истока ПТ 24. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 18, величина которого прямо пропорциональна коду N на цифровом входе ЦАП 18, передается на инвертирующий вход ОУ 23, а на неинвертирующий вход ОУ 23 подается напряжение со средней точки делителя напряжения. Выходной управляющий сигнал ОУ 23 передается на затвор ПТ 24, входящего в состав силовой цепи блока имитации. В результате активные сопротивления силовых цепей БИПК 3, БИНК 4 и БИРР 5, каждая из которых подключена к выводам СПУ 1, устанавливаются в соответствии с кодами данных, передаваемыми в БИПК 3, БИНК 4 и БИРР 5 через шину 12 от МК 8.

Аналогично БИПК 3, БИНК 4 и БИРР 5 заданные значения активного и реактивного сопротивлений силовой цепи устанавливаются с помощью ПС 15 в БИМС 6 и БИКП 7 (фиг. 5 чертежей). Отличием данных блоков имитации от БИПК 3, БИНК 4 и БИРР 5 является включение в силовые цепи блоков имитации дросселя 25 с целью имитации процессов, связанных с индуктивностью имитируемых нагрузок и реактивным сопротивлением силовых цепей. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 18, величина которого прямо пропорциональна коду N, поступающему на цифровой вход ЦАП 18, передается на инвертирующий вход ОУ 23. На неинвертирующий вход ОУ 23 подается напряжение от средней точки делителя напряжения, первый вход которого подключен к силовому входу блока имитации через дроссель 25,

выходной управляющий сигнал ОУ 23 поступает на затвор ПТ 24, входящего в состав силовой с дросселем 25. В результате активные и реактивные сопротивления силовых цепей БИМС 6 и БИКП 7, подключенных к выводам СПУ 1, устанавливаются в соответствии с кодами данных, передаваемыми в БИМС 6 и БИКП 7 через шину 12 от МК 8.

При использовании электрического имитатора СПД, выполненного согласно изобретению, обеспечивается управление динамическими процессами имитации СПД за счет использования предварительно подготовленного массива данных. Входные данные (цифровые коды) содержат параметры и временные диаграммы переходных процессов для каждого блока имитации при работе СПД на различных режимах, а также при работе СПД различных типоразмеров. При подключении МК 8 к ЛВС 10 появляется возможность активного участия оператора в процессе проводимых проверок и испытаний СПУ 1 в составе ЭРДУ.

Вместе с тем достигается высокая степень достоверности имитируемых переходных процессов в узлах и блоках СПД за счет реализации изменяющихся во времени параметров силовых цепей блоков имитации при вводе в преобразователи сигналов массивов данных, полученных при работе СПД на различных режимах работы. Функциональные возможности электрического имитатора СПД расширяются за счет обеспечения возможности достоверной имитации рабочих процессов и адаптации имитатора к различным режимам работы и типоразмерам СПД. В частности, имитатор может применяться при отработке СПУ для многорежимных СПД. Адаптация имитатора производится без внесения изменений в его схему и конструкцию. Изменение параметров нагрузок для СПУ обеспечивается за счет использования соответствующих массивов данных, вводимых в блоки имитации из микроконтроллера.

Кроме того, имитатор обеспечивает автоматическую фиксацию измеряемых параметров силовых цепей (токов и напряжений) в блоках имитации в реальном масштабе времени. Результаты измерений автоматически фиксируются в блоке памяти микроконтроллера или на компьютере оператора и после аналитической обработки вносятся в протоколы испытаний СПУ.

Приведенный выше пример осуществления изобретения основывается на конкретном выполнении электрического имитатора СПД, однако это не исключает возможности достижения технических результатов в других частных случаях реализации изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения.

В зависимости от конкретных задач и условий имитатор может быть дополнен элементами и узлами для выполнения дополнительных функций. В частности, микроконтроллер может применяться в составе имитатора без подключения его управляющего входа к локальной вычислительной сети и компьютеру оператора во время проводимых испытаний. В этом случае микроконтроллер и сам имитатор работают в автономном режиме без внешнего управления в процессе проверок и испытаний по заранее заданной программе. Наряду с оптронами для передачи информационных сигналов между электрическими цепями, не имеющими электрического контакта, могут использоваться различные виды гальванических развязок, в том числе гальванические развязки на коммутируемых конденсаторах.

Изобретение может применяться в качестве универсального электрического имитатора СПД (для имитации различных режимов работы и типоразмеров СПД) в стендовом оборудовании при проведении электрических проверок и стендовых испытаний СПУ в составе ЭРДУ.

Изобретение относится к средствам и методам имитации работы стационарных плазменных двигателей при проведении проверок и испытаний систем питания и управления электроракетных двигательных установок. Имитатор включает блоки имитации разрядного промежутка, поджига катода, нагревателя катода, магнитной системы, регулятора расхода рабочего тела и клапанов подачи рабочего тела. Имитатор содержит микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к шине аналоговых сигналов, выход микроконтроллера подключен к шине адреса данных. Каждый блок имитации включает датчики тока и напряжения силовой цепи, выходы которых подключены к шине аналоговых сигналов, и преобразователь сигнала. Каждый преобразователь сигнала содержит гальваническую развязку, вход которой подключен к шине адреса данных, дешифратор адреса, умножающий цифро-аналоговый преобразователь, вход данных которого подключен к выходу гальванической развязки, а вход записи данных - к выходу дешифратора адреса, делитель напряжения, подключенный к силовым выводам преобразователя сигнала, токоограничивающий и шунтирующий резисторы, операционный усилитель и полевой транзистор. Сток полевого транзистора подключен через токоограничивающий резистор к первому входу делителя напряжения. Исток полевого транзистора подключен через шунтирующий резистор ко второму входу делителя напряжения. Затвор полевого транзистора соединен с выходом операционного усилителя. В блоке имитации разрядного промежутка неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к истоку полевого транзистора. Вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к средней точке делителя напряжения. В каждом блоке имитации поджига катода, нагревателя катода и регулятора расхода рабочего тела неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя. Вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к истоку полевого транзистора. Каждый из блоков имитации магнитной системы и клапанов подачи рабочего тела включает в свой состав дроссель. В каждом из указанных блоков неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения, первый вход которого подключен к силовому входу блока имитации через дроссель. Инвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя. Вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к истоку полевого транзистора. Имитатор: обеспечивает гибкость управления процессами имитации, высокую степень достоверности имитируемых переходных процессов и расширение функциональных возможностей. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Электрический имитатор стационарного плазменного двигателя, содержащий блоки имитации разрядного промежутка, поджига катода, нагревателя катода, магнитной системы, регулятора расхода рабочего тела и клапанов подачи рабочего тела, силовые входы блоков имитации выполнены с возможностью подключения к выходам источников электропитания стендовой системы питания и управления, отличающийся тем, что содержит микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к шине аналоговых сигналов, выход микроконтроллера подключен к шине адреса данных, каждый блок имитации включает датчики тока и напряжения силовой цепи, выходы которых подключены к шине аналоговых сигналов, и преобразователь сигнала, содержащий гальваническую развязку, вход которой подключен к шине адреса данных, дешифратор адреса, вход которого соединен с выходом гальванической развязки, умножающий цифро-аналоговый преобразователь, вход данных которого подключен к выходу гальванической развязки, а вход записи данных - к выходу дешифратора адреса, делитель напряжения, подключенный к силовым выводам преобразователя сигнала, токоограничивающий и шунтирующий резисторы, операционный усилитель, полевой транзистор, при этом сток полевого транзистора подключен через токоограничивающий резистор к первому входу делителя напряжения, исток полевого транзистора подключен через шунтирующий резистор ко второму входу делителя напряжения, затвор полевого транзистора соединен с выходом операционного усилителя, при этом в блоке имитации разрядного промежутка неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к истоку полевого транзистора, вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к средней точке делителя напряжения, в каждом блоке имитации поджига катода, нагревателя катода и регулятора расхода рабочего тела неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя, вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к истоку полевого транзистора, каждый из блоков имитации магнитной системы и клапанов подачи рабочего тела включает в свой состав дроссель, в каждом из блоков имитации магнитной системы и клапанов подачи рабочего тела неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения, первый вход которого подключен к силовому входу блока имитации через дроссель, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к аналоговому выходу умножающего цифро-аналогового преобразователя, вход опорного напряжения умножающего цифро-аналогового преобразователя подключен к истоку полевого транзистора.

2. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с управляющим входом, с возможностью его подключения к локальной вычислительной сети и компьютеру.

3. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гальванических развязок в блоках имитации использованы оптроны.