一种航空用点火高压切换控制系统

技术领域

本发明属于航空系统电压控制的技术领域，具体涉及一种航空用点火高压切换控制系统。

背景技术

航空发动机起动时，需使用专用点火系统产生高能电火花，点燃燃烧室内可燃油气混合气，高能点火器输出的电压通常可达1500V～2000V，因电压较高，通常高能点火器高压输出与发动机及点火电嘴一一对应，不切换复用。

如图1所示，某型发动机，为保证发动机起动的高可靠性，单台发动机配置2个高能点火器，每个高能点火器输出2路高压至2个独立电嘴，2个高能点火器共输出4路高压至4个独立电嘴，无人机2台发动机共需配置4套独立工作高能点火器，输出8路独立高压至8个电嘴，单架飞机点火系统总重达22kg。

但实际无人机起动时，发动机依次起动，不会出现双发同时起动、4个点火器同时工作的工况，最大同时工作的点火器数目为2个，当2个点火器工作时，另外2个点火器处于休息状态，点火器的使用不充分。目前发动机配装的点火装置均为独立工作方式，尚无类似控制1500V～2000V脉冲电压电路切换的控制装置以点火装置复用的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空用点火高压切换控制系统，旨在减轻系统重量，充分利用装机资源。本发明充分利用了装机资源，实现了发动机点火器的复用，可为实现无人机减重约9.5kg，具有较好的实用性。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种航空用点火高压切换控制系统，包括若干个发动机、高能点火器以及点火器供电控制模块AA、高压切换控制模块BB、低压连接器件CC、高压连接器件DD，所述高能点火器分别设置有若干个高压输出，所述发动机分别对应每个高能点火器的高压输出设置有若干个点火电嘴；所述点火电嘴以及高压输出分别连接有高压连接器件DD，且点火电嘴连接的高压连接器件DD与高压输出连接的高压连接器件DD之间设置有高压切换控制模块BB；所述高压连接器件DD用于对高压切换控制模块BB的陶瓷真空继电器的高压触点进行连接和保护，以实现外部高压电缆与控制系统的可靠连接；

所述低压连接器件CC分别与高能点火器、点火器供电控制模块AA以及高压连接器件DD、高压切换控制模块BB连接；所述低压连接器件CC用于对低压直流输入/输出信号、电源、继电器进行连接，以实现与点火器、飞机电源、点火指令的连接；所述点火器供电控制模块AA用于根据收到的不同发动机点火指令，按预定时序控制点火器的供电线路的接通；所述高压切换控制模块BB用于根据收到的发动机点火指令，对高能点火器的1500V～2000V高压输出线路进行切换。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述发动机包括发动机N1、发动机N2，所述高能点火器包括高能点火器HH、高能点火器JJ，所述高能点火器HH、高能点火器JJ分别输出有高压输出1和高压输出2；所述发动机N1、发动机N2分别设置有4个点火电嘴P5-P8以及P1-P4。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述低压连接器件CC包括航空电连接器X1，所述航空电连接器X1的B、D脚与飞机28V直流电源连接，J、K脚与飞机地连接，A脚与发动机N2点火指令a连接，C脚与发动机N1点火指令c连接，F脚与高能点火器HH供电端连接，H脚与高能点火器JJ供电端连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，高压连接器件DD包括高压电连接器X2～X13、耐高压屏蔽电缆D1～D12；所述高压电连接器X2与高能点火器HH高压输出1端连接，高压电连接器X3与高能点火器HH高压输出2端连接，高压电连接器X4与高能点火器JJ高压输出1端连接，高压电连接器X5与高能点火器JJ高压输出2端连接；

高压电连接器X6与发动机N1点火电嘴1连接，高压电连接器X7与发动机N2点火电嘴1连接；

高压电连接器X8与发动机N1点火电嘴2连接，高压电连接器X9与发动机N2点火电嘴2连接；

高压电连接器X10与发动机N1点火电嘴3连接，高压电连接器X11与发动机N2点火电嘴3连接；

高压电连接器X12与发动机N1点火电嘴4连接，高压电连接器X13与发动机N2点火电嘴4连接；

高压电连接器X2～X13分别通过耐高压屏蔽电缆D1～D12与高压切换控制模块BB点对点连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述高压切换控制模块BB包括断电延时继电器KT2以及耐高压的陶瓷真空继电器K1、K2、K3、K4，

断电延时继电器KT2与低压连接器件X1中的发动机N2点火指令脚连接，其触点(6)与陶瓷真空继电器K1、K2、K3、K4的线圈正端连接；

陶瓷真空继电器K1分别连接高压电连接器X2、高压电连接器X6、高压电连接器X7；

陶瓷真空继电器K2分别连接高压电连接器X3、高压电连接器X8、高压电连接器X9；

陶瓷真空继电器K3分别连接高压电连接器X4、高压电连接器X10、高压电连接器X11；

陶瓷真空继电器K4分别连接高压电连接器X5、高压电连接器X12、高压电连接器X13。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述高压切换控制模块BB还包括续流二极管KT2、V1、V2、K3、V4，所述续流二极管KT2、V1、V2、K3、V4分别与断电延时继电器KT2以及陶瓷真空继电器K1、K2、K3、K4的线圈端的正、负极反接，用于为断电后的续流保护。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述点火器供电控制模块AA包括固体继电器K7、动作延时继电器KT1以及电磁继电器K5、K6；所述固体继电器K7的线圈正端与低压连接器件X1中的发动机N1点火指令脚连接，其触点3脚与电磁继电器K5、K6的线圈正端连接；动作延时继电器KT1与低压电连接器件X1中的发动机N2点火指令脚连接，其触点9脚与电磁继电器K5、K6的线圈正端连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述点火器供电控制模块AA还包括续流二极管K7、VT1、V5、V7以及隔离二极管V8、V9；所述续流二极管K7、VT1、V5、V7分别与固体继电器K7、动作延时继电器KT1以及电磁继电器K5、K6的线圈端的正、负极反接，用于为断电后的续流保护；所述隔离二极管V8、V9分别与续流二极管K7、动作延时继电器KT1连接，用于电源输入隔离。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明根据收到的发动机指令，切换耐1500V～2000V脉冲电压的电路，从而实现了无人机发动机点火器的复用，2台发动机共用2台点火器，共减少2台点火器的装机，可为飞机减重约9.5kg；本发明充分利用了装机资源，实现了发动机点火器的复用，具有较好的实用性；

(2)本发明使用耐高压陶瓷真空继电器作为切换控制的承载器件，使用延时继电器控制高压设备上断电工作时序，实现了普通切换装置无法实现的1500V～2000V高压电路的可靠切换，可应用于大型无人机发动机点火高压输出控制装置，实现高能点火器的复用，减轻无人机装机重量。本发明也可应用于飞机其他需高压电路切换控制的场合；

(3)本发明在收到发动机N1点火指令时，高压线路不进行切换；在收到发动机N2点火指令，进行切换控制，切换时，先切换高压线路，再延时0.5s控制点火器开始工作；点火指令结束时，先控制点火器结束工作，再延时0.5s切换高压线路，避免了高压工作状态下切换的电磁冲击，切换控制的承载器件为耐高压的陶瓷密封真空继电器，可以满足1500V～2000V的高压工作要求。利用本发明，使飞机在配置2个高能点火器的情况下，实现了原4个高能点火器的功能，具有较好的实用性；

(4)本发明用于大型无人机发动机点火高压输出控制，可实现双发高能点火器的复用，也可应用于飞机其他需高压电路切换控制的场合。本发明使用耐高压陶瓷真空继电器作为切换控制的承载器件，使用延时继电器控制高能点火器(或其它高压产生设备)的上断电时序，实现1500V～2000V高压电路的可靠切换，可应用于无人机动力系统。

在切换控制时，使用延时继电器(或其他时序控制装置)，提前0.5s对电路进行切换，再接通高压产生设备电源，使用延时继电器(或其他时序控制装置)，在高压产生设备电源断开结束0.5s后，再将控制电路切换回原位；每路高压线路，单独使用耐1500V～2000V高压陶瓷真空继电器作为切换控制的承载器件，器件连接采取屏蔽等电磁兼容措施，保证高压切换可靠实现。

附图说明

图1为现有无人机的点火器配置的原理框图；

图2为本发明控制系统的整体原理框图；

图3为本发明高压切换控制模块BB与高压连接器件DD连接的电路原理图；

图4为本发明控制系统的电路原理图；

图5为本发明控制系统的结构示意图。

其中：01-点火器供电控制模块AA、02-高压切换控制模块BB、03-低压连接器件CC、04-高压连接器件DD。

具体实施方式

实施例1：

一种航空用点火高压切换控制系统，如图5、图2所示，主要由低压连接器件CC03、高压连接器件DD04、高能点火器供电控制模块AA01、高压切换控制模块BB02组成。

1)低压连接器件CC03主要由普通屏蔽导线、印制电路板、航空电连接器组成，主要功能是对低压直流输入/输出控制信号、低压电源、低压继电器进行连接，并使本发明与高能点火器、无人机供电电源等具备可靠连接能力；

2)高压连接器件DD04由耐高压电连接器、耐高压屏蔽电缆、耐高压屏蔽套等组成，主要的功能是对耐高压陶瓷真空继电器的高压切换触点进行连接和保护，并使本发明具备与机载点火高压电缆与的可靠连接能力；

3)高能点火器供电控制模块AA01主要由1支动作延时继电器，1支固体继电器、2支电磁继电器组成，主要功能是根据收到的不同发动机点火指令，按预定时序控制高能点火器的供电线路的接通；

4)高压切换控制模块BB02主要由1支断电延时继电器，4支耐高压陶瓷真空继电器组成，主要功能是根据收到的发动机点火指令，控制耐高压陶瓷真空继电器触点动作，实现高能点火器输出的1500V～2000V高压线路切换。

发动机N1起动点火时(此时不进行高压电路切换)，其主要的工作过程如下：

1)发动机N1向本发明发出点火指令(28V直流信号)，通过本发明内的低压连接器件CC03后，指令发送至点火器供电控制模块AA01；

2)点火器供电控制模块AA01内的固体继电器(图中K7)收到指令后，其输出触点接通；飞机低压直流电压通过这个触点加至大功率电磁继电器(图中K5、K6)的输入线圈，电磁继电器接通并工作，其输出触点将高能点火器HH和高能点火器JJ的供电线路接通，高能点火器HH、高能点火器JJ开始工作，产生1500V～2000V高压输出，高压经过本发明内的耐高压陶瓷真空继电器(图中K1～K4)的常闭触点后，加至点火电嘴，电嘴打火，实现发动机N1的起动点火；

3)当点火指令停止后，点火器供电控制模块AA01内的固体继电器(图中K7)的供电终止，输出触点断开，2支电磁继电器(图中K5、K6)线圈供电断开，停止工作，

高能点火器HH、高能点火器JJ的供电线路断开，点火器停止工作，点火过程终止。在发动机N2起动点火时(此时进行高压电路的切换)，其主要的工作过程如下：

1)发动机N2向本发明发出点火指令(28V直流信号)，通过本发明内的低压连接器件CC03后，点火指令同时传输至高压切换控制模块BB02和点火器供电控制模块AA01；

2)高压切换控制模块BB02内的断电延时继电器(图中KT2)收到指令后，输出触点立即接通，飞机低压直流电压通过KT2触点加至陶瓷真空继电器线圈(图中K1～K4)，陶瓷真空继电器的高压输出触点动作，切换后，高能点火器HH、高能点火器JJ的高压输出端口与发动机N2的点火电嘴电缆接通；

3)点火器供电控制模块AA01内的动作延时继电器(图中KT1)收到指令0.5s后，其输出触点接通，飞机低压直流电压通过这个触点加至大功率电磁继电器(图中K5、K6)的输入线圈，电磁继电器接通并工作，其输出触点将高能点火器HH和高能点火器JJ的供电线路接通，高能点火器HH、高能点火器JJ开始工作，产生1500V～2000V高压输出，经过本发明内的耐高压陶瓷真空继电器的输出触点，加至发动机N2点火电嘴，实现发动机N2的起动点火；

4)当点火指令停止后，点火器供电控制模块AA01内的动作延时继电器(图中KT1)的供电终止，输出触点断开，2支电磁继电器线圈供电断开，停止工作，高能点火器HH、高能点火器JJ的供电线路断开，点火器停止工作，起动点火过程终止；

5)点火指令终止后0.5s，高压切换模块内的断电延时继电器(图中KT2)停止工作，输出触点断开，陶瓷真空继电器线圈供电停止，其输出触点恢复至默认状态。

本发明在收到发动机N1点火指令时，高压线路不进行切换；在收到发动机N2点火指令，进行切换控制，切换时，先切换高压线路，再延时0.5s控制点火器开始工作；点火指令结束时，先控制点火器结束工作，再延时0.5s切换高压线路，避免了高压工作状态下切换的电磁冲击，切换控制的承载器件为耐高压的陶瓷密封真空继电器，可以满足1500V～2000V的高压工作要求。利用本发明，使飞机在配置2个高能点火器的情况下，实现了原4个高能点火器的功能。本发明充分利用了装机资源，实现了发动机点火器的复用，可为实现无人机减重约9.5kg。

实施例2：

一种航空用点火高压切换控制系统，如图2-图5所示，本发明由主要由点火器供电控制模块AA01、高压切换控制模块BB02、低压连接器件CC03、高压连接器件DD04组成，原理框图和电气原理见附图：

1)低压连接器件CC03主要由屏蔽导线、印制电路板、1个航空电连接器X1组成，主要功能是对低压直流输入/输出信号、电源、继电器进行连接，以实现与点火器、飞机电源、点火指令等的连接，，并使本发明与高能点火器、无人机供电电源等具备可靠连接能力。

优选地，电连接器(X1)的B、D脚与飞机28V直流电源连接，J、K脚与飞机地连接，A脚与发动机N2点火指令a连接，C脚与发动机N1点火指令c连接，F脚与高能点火器HH供电端连接，H脚与高能点火器JJ供电端连接。

2)高压连接器件由耐高压电连接器(X2～X13)、耐高压屏蔽电缆(D1～D12)等组成，主要的功能是对陶瓷真空继电器的高压切换触点进行连接和保护，以实现外部高压电缆与本发明的可靠连接，并使本发明具备与机载点火高压电缆与的可靠连接能力。

优选地，高压电连接器X2与高能点火器HH高压输出1端连接，高压电连接器X6与发动机N1点火电嘴1连接，高压电连接器X7与发动机N2点火电嘴1连接；

高压电连接器X3与高能点火器HH高压输出2端连接，高压电连接器X8与发动机N1点火电嘴2连接，高压电连接器X9与发动机N2点火电嘴2连接；

高压电连接器X4与高能点火器JJ高压输出1端连接，高压电连接器X10与发动机N1点火电嘴3连接，高压电连接器X11与发动机N2点火电嘴3连接；

高压电连接器X5与高能点火器JJ高压输出2端连接，高压电连接器X12与发动机N1点火电嘴4连接，高压电连接器X13与发动机N2点火电嘴4连接；

高压电缆D1～D12按原理图所示点对点连接高压切换控制模块BB02器件与高压连接器件DD04器件。

3)点火器供电控制模块AA01主要由固体继电器K7、动作延时继电器KT1、2支电磁继电器K5、K6，4支续流二极管K7、VT1、V5、V7、2支隔离二极管(V8、V9)组成，主要功能是根据收到的不同发动机点火指令，按预定时序控制点火器的供电线路的接通。

优选地，固体继电器K7线圈正端与低压连接器件X1中的发动机N1点火指令脚连接，触点3脚与K5、K6的线圈正端连接，K7收到发动机N1点火指令后，触点动作(1与3接通)，28V电压经K7触点(1、3)加至电磁继电器K5、K6线圈正端，K5、K6继电器触点动作，28V电压经K5触点(10、12)输出至电连接器X1的F脚，高能点火器HH开始工作，其工作产生的高压输出1经外部电缆M1后，经过本发明高压电连接器X2、内部高压电缆D1、高压继电器K1的触点(16、17)、内部高压电缆D6输出至高压电连接器X7，经外部电缆M6输出至发动机N1(N1)的点火电嘴1(P5)，其工作产生的高压输出2经外部电缆M2后，经过本发明高压电连接器X3、内部高压电缆D2、高压继电器K1的触点(19、20)、内部高压电缆D8输出至高压电连接器X9，经外部电缆M8输出至发动机N1(N1)点火电嘴2(P6)；28V电压经电磁继电器K6触点(13、15)输出至电连接器X1的H脚，高能点火器JJ开始工作；其工作产生的高压输出1经过高压电连接器X4、内部高压电缆D3、高压电连接器K3的触点(22、23)、内部高压电缆D10输出至高压电连接器X11，经外部电缆M10输出至发动机N1(N1)点火电嘴3(P7)，其工作产生的高压输出2经过高压电连接器X5、内部高压电缆D4、高压继电器K4的触点(25、26)、内部高压电缆D12输出至高压电连接器X13，经外部电缆M12输出至发动机N1(N1)点火电嘴4(P8)。

优选地，动作延时继电器KT1与低压电连接器件X1中的发动机N2点火指令脚连接，其触点9脚与电磁继电器K5、K6的线圈正端连接，KT1收到发动机N2点火指令后，延时0.5s后触点动作(7与9接通)，28V电压经动作延时继电器KT1触点(7、9)加至电磁继电器K5、K6线圈正端，K5、K6继电器触点动作，28V电压经K5触点(10、12)输出至电连接器X1的F脚，高能点火器HH开始工作，其工作产生的高压输出1经外部电缆M1后，经过本发明高压电连接器X2、内部高压电缆D1、高压继电器K1的触点(16、17)、内部高压电缆D6输出至高压电连接器X7，经外部电缆M6输出至发动机N1(N1)的点火电嘴1(P5)，其工作产生的高压输出2经外部电缆M2后，经过本发明高压电连接器X3、内部高压电缆D2、高压继电器K1的触点(19、20)、内部高压电缆D8输出至高压电连接器X9，经外部电缆M8输出至发动机N1(N1)点火电嘴2(P6)；28V电压经电磁继电器K6触点(13、15)输出至电连接器X1的H脚，高能点火器JJ开始工作；其工作产生的高压输出1经过高压电连接器X4、内部高压电缆D3、高压电连接器K3的触点(22、23)、内部高压电缆D10输出至高压电连接器X11，经外部电缆M10输出至发动机N1(N1)点火电嘴3(P7)，其工作产生的高压输出2经过高压电连接器X5、内部高压电缆D4、高压继电器K4的触点(25、26)、内部高压电缆D12输出至高压电连接器X13，经外部电缆M12输出至发动机N1(N1)点火电嘴4(P8)。

优选地，每支续流二极管与对应的继电器的线圈端的正、负极反接，其主要功能为断电后的续流保护。

优选地，两支隔离二极管用于电源输入隔离，分别连接于K7、KT1。

4)高压切换控制模块BB02主要由断电延时继电器KT2、耐高压的陶瓷真空继电器K1、耐高压的陶瓷真空继电器K2、耐高压的陶瓷真空继电器K3、耐高压的陶瓷真空继电器K4，5支续流二极管KT2、V1、V2、K3、V4组成，主要功能是根据收到的发动机N2点火指令，对高能点火器的1500V～2000V高压输出线路进行切换。

优选地，断电延时继电器KT2与低压连接器件X1中的发动机N2点火指令脚连接，其触点(6)与高压继电器K1、K2、K3、K4的线圈正端连接，KT2收到发动机N2点火指令后，触点动作(4与6接通)，28V电压经KT2触点(4、6)加至耐高压的陶瓷真空继电器K1、K2、K3、K4线圈正端，K1、K2、K3、K4继电器触点动作(16与18接通，19与21接通，22与24接通，25与27接通)，高能点火器HH高压输出1(1500V～2000V高压)经高压电连接器X2、高压继电器K1触点(16、18)至高压电连接器X6，高能点火器HH高压输出由发动机N1点火电嘴1(P5)切换至发动机N2点火电嘴1(P1)；高能点火器HH高压输出2

(1500V～2000V高压)经高压电连接器X3、高压继电器K2触点(19、21)至高压电连接器X8，高能点火器HH高压输出2由发动机N1点火电嘴2(P6)切换至发动机N2点火电嘴2(P2)；高能点火器JJ高压输出1(1500V～2000V高压)经高压电连接器X4、高压继电器K3触点(22、24)至高压电连接器X10，高能点火器JJ高压输出1由发动机N1点火电嘴3(P7)切换至发动机N2点火电嘴3(P3)；

高能点火器JJ高压输出2(1500V～2000V高压)经高压电连接器X5、高压继电器K4触点(25、27)至高压电连接器X12，高能点火器JJ高压输出2由发动机N1点火电嘴4(P8)切换至发动机N2点火电嘴4(P4)。

优选地，每支续流二极管与对应的继电器的线圈端的正、负极反接，其主要功能为断电后的续流保护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。