一种自主加注接口的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种自主加注接口，接收接口与接收平台相连，输出接口与输出平台相连；接收接口的锥形对接头一端为开口的锥形外扩部，另一端为导管；导管与加注剂存储装置相连，接收接口控制器与接收平台计算机通信并控制封口开关，驱动封口封闭导管，封存加注剂；输出接口的对接辅助装置安装于输出管头部两侧，头部经过球面处理，内置压力感应装置，当输出管头部两侧均受压时表明精确对接，此时，由内层套驱动器驱动位于输出管内的中空圆柱形的内层套伸入接收接口，形成稳定连接。本发明信息交互方式简单，可降低对接过程中控制精度要求，同时具有抗扰动能力，能够实现平台间的流体自主加注。
【专利说明】—种自主加注接口
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加注接口。
【背景技术】
[0002]随着各种高新技术的发展及新设备的成功研制，对于各种类型的运载平台自主操作能力都提出了新的要求，其中最具代表性的为无人机与在轨航天器补给的自主化。无人机由于载荷限制使得飞机续航时间短、飞行范围有限。加注技术的出现使这个固有弱点得到了较大改善，通过补给燃油，可使无人机远距离机动能力得到了较大提高，大大增加其飞行半径和留空时间。实现无人机的自主加注对于提高无人机的飞行能力具有重要意义。而在轨运行航天器受可消耗物质装载量的制约严重，其中流体物质包括推进剂、制冷剂、电源介质，生保气体等。而航天器研制周期长耗资区大，如何实现资源耗尽航天器的重复利用，对于提高航天器的有效利用率具有重大意义。同时由于空间环境的特殊性，航天器远程在轨操作实时性差，信息有延迟，所以实现操作的自主化十分必要。
[0003]现有加注方式主要为人在回路中的空中加注与地面加注，加注过程由人实时监控与进行智能判断。加注接口为简单机械连接，接口不具备信息生成与反馈能力，与控制中心信息不连通，不能实现自主化。接口连接时无稳定连接形成，连接稳定性低，抗干扰能力弱。对于人在回路中的空中加注，人在地面时信息回路长，信息安全不易保证。同时由于人为监控具有实时性要求，不适用于远程操控，加注系统应用受限。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种加注接口，信息交互方式简单，可降低对接过程中控制精度要求，同时具有抗扰动能力，能够实现平台间的流体自主加注。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括接收接口与输出接口 ；接收接口与接收平台相连，输出接口与输出平台相连；
[0006]所述的接收接口包括锥形对接头、接收接口控制器、封口及封口开关，锥形对接头一端为开口的锥形外扩部，另一端为导管；导管与加注剂存储装置相连，接收接口控制器与接收平台计算机通信并控制封口开关，驱动封口封闭导管，封存加注剂；
[0007]所述的输出接口包括对接辅助装置、输出接口控制器、内层套及内层套驱动器，对接辅助装置安装于输出管头部两侧，头部经过球面处理，内置压力感应装置，将受压情况转化为信号并发送给输出接口控制器，当输出管头部两侧均受压时表明精确对接，此时，输出接口控制器发出信号，由内层套驱动器驱动位于输出管内的中空圆柱形的内层套伸入接收接口，形成稳定连接。
[0008]本发明的有益效果是:该加注接口可应用于无人机空中加油，航天器在轨流体可消耗物质加注等流体介质的自主加注中。本发明信息交互方式简单,可降低对接过程中控制精度要求，同时具有抗扰动能力，能够实现平台间的流体自主加注。【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是接口连接示意图；
[0010]图2是航天器推进剂自主加注信息流示意图；
[0011]图3是航天器推进剂自主加注接口工作流程。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0013]本发明主要涉及一种自主加注接口，发明目的是通过一种具有一定的自主性，信息交互方式简单，可降低对接过程中控制精度要求，具有较强抗扰动能力的加注接口，以实现平台间的流体自主加注。主要原理是利用锥形接收口扩大探测目标，降低控制要求，利用两接口的外形扣合实现初步固定。由内置有压力感应识别器，端口球面处理的对接辅助装置感应压力情况并生成相应信号。非精确对接时使输出杆在沿杆方向力与锥形接口内壁的作用下滑动，形成精确对接，内层套伸入接收接口实现稳定连接。利用星载计算机与输入输出接口控制器实现信息交互。
[0014]本发明包括接收接口与输出接口两部分，接收接口与接收平台相连，输出接口与输出平台相连。
[0015]接收接口由锥形对接头、接收接口控制器、封口及封口开关组成，与接收平台计算机信息连通。锥形对接头由锥形外扩部和与之相连的导管组成。锥形外扩设计，使初步对准中探测目标变大，降低控制要求，内壁光滑处理减小摩擦。内壁受沿锥形中心线向里的力时，此力可分解为沿锥形接收口内壁指向中心的力与垂直于内壁表面的力，重直于内壁的力由内壁提供的反作用力平衡，沿内壁的力可使物体向锥形中心移动。接收接口控制器与封口及其开关，位于导管尾部，与加注剂存储装置相连。接收接口控制器与接收平台计算机及输出接口控制器信息连通。接收接口控制器可识别由输出接口控制器发出的加注准备完成信号，加注终止准备完成信号与加注终止信号，由接收平台计算机发出的加注终止信号并控制封口开关，同时可向输出控制器发出加注准备完成信号，加注终止信号，加注剂封口关闭信号。封口用于封存加注剂，由封口开关控制。
[0016]输出接口由对接辅助装置，输出接口控制器，内层套及内层套驱动组成，输出接口与伸缩式硬杆输出管相连，与输出平台计算机及接收接口控制器信息连通。对接辅助装置安装于输出管头部。输出管可进行小角度运动。对接辅助装置由经过球面处理的对接头，压力感应装置，信号生成与输出芯片组成。对接辅助装置将受压情况转化为信号并发送给输出接口控制器。以两接口物理相连且中心线重合为精确对接标准。由两接口几何设计可得，当对接辅助装置位于锥形接口内，但未形成精确对接时，对接辅助装置单点受压，只有两中心线重合时多点受压，几何外形扣合，精确对接，连接暂时稳定。接精确时内层套伸入接收接口，形成稳定连接。输出接口控制器与输出平台计算机，对接辅助装置及接收接口控制器相连。输出接口控制器可识别由对接辅助装置发出的是压力情况信号，判断是否精确对接，并在非精确对接时向输出平台计算机发出信号，精确对接时控制内层套伸出，发送加注准备完成信号给输出接口控制器；由接收接口控制器发出的加注准备完成信号，并在确认之后控制打开加注剂喷射开关；由接收接口控制器发出的加注终止信号，并在确认之后关闭加注剂喷射开关，发出加注终止准备完成信号；由接收接口控制器发出的封口关闭信号，并在确认之后收回内层套，向输出平台计算机与接收接口控制器发送加注终止信号。
[0017]加注需求信号由平台计算机发出。接口作用之前由平台计算机控制进行准备工作。由平台机载计算机确认是否有加注需要，并控制两平台或单一平台机动，使两平台接近。加注剂储量监控装置与平台计算机相连，接收到加注剂储量不足信号，生成加注需要信号。确认两平台间距离在确保安全的前提下接近输出杆与两接口的长度和，可形成稳定物理连接，则表示进入允许加注距离。进入允许距离之后，调整平台姿态使接收口与输出口正对。利用平台机载探测装备导引控制平台机动，使对接辅助装置位于锥形接收口内部，形成初步连接，由平台计算机确认。确认后唤醒两平台内的输出与接收控制中心，并停止两平台之间的直接信息交换，以便进行下一步操作。加注过程中由两平台计算机控制平台使平台保持姿态与位置稳定。非加注状态时输出与接收控制中心处于休眠状态以节省能源。加注完成信号由平台计算机发出。加注完成后平台计算机控制两控制器进入休眠，同时控制两平台分离，进入正常运行情况。
[0018]该加注接口可应用于无人机空中加油，航天器在轨流体可消耗物质加注等流体介质的自主加注中。以在轨航天器互助式推进剂自主加注为例进行说明，输出平台与接收平台均为在轨航天器，机动能力相差不大。输出管为可伸缩式硬杆，可进行小角度形变与机动。
[0019]图1为接口连接示意图。接口主要由两大部分组成，分别为接收接口与输出接口。接收接口包括接收接口控制器，加注剂存储装置封口与开关及锥形接口。加注准备完成之后打开封口，完成加注后封口关闭。输出接口由输出接口控制器，对接辅助装置，内层套与内层套驱动装置组成。对接辅助装置安装于输出管头部。加注剂喷射装置位于输出管末端，其开关受输出控制器控制。形成初步精确连接后，内层套在驱动装置的推动下伸出。
[0020]图2为接口对接过程中的信息流。完成初步对接之后两平台星载计算机通过控制器进行信息交互。接收航天器星载计算机与航天器姿态与轨道控制推力器、推进剂储量监控装置及接收接口控制器相连。推进剂不足或加注量达到储量要求时监控装置向星载计算器发送信号，由星载计算器判定是否需要加注，或加注是否可停止。星载计算机控制航天器姿态与轨道控制推力器使两航天器在有加注需要时实现初始对接，并在加注完成后使两航天器分离。星载计算机可与接收接口控制器进行信息交互。接收接口控制器与输出接口控制器及推进剂存储箱封口开关相连。两控制器可实现简单信息互通。输出航天器中的星载计算机与输出接口控制器、航天器姿态与轨道控制推力器及伸缩式硬杆输出管相连。星载计算机可控制航天器姿态与轨道控制推力器使两航天器接近并保持一定的相对位置，建立通信链路，控制输出管伸出，并在加注完成之后使输出管缩回。输出接口控制器与星载计算机可进行信息交互，使平台计算机控制完成由初步对准向精确对准滑动时的航天器机动操作，实现精确对接，并成加注终止之后使两平台分离。输出接口控制器在加注准备全部完成之后打开推力剂喷射器开关，喷出推进剂，并在收到由接收控制中心发出的加注终止信号后关闭推进剂喷射开关，停止推进剂输出。对接辅助装置与输出控制中心双向连通，接辅助装置对部的压力感应装置生成信号传入输出控制器，由输出控制器确认是否准确对接，非精确对接则信号传入星载计算机进行相应操作。已精确对接则由输出控制器发送对接准备完成信号给接收接口控制器，同时由输出接口控制器控制内层套伸出。[0021]图3为航天器推进剂自主加注接口工作流程，主要分为三个部分:启动段、加注段、终止段。具体工作流程如下:
[0022]自主加注启动段:
[0023](I)推进剂储量监测装置探测推进剂储量将信息传给接收航天器星载计算机，确定有无加注需要，当储量不足时认为有加注需要。
[0024](2)建立加注双方航天器之间的通信链路，接收航天器星载计算机控制轨道机动推力器使接收航天器接近输出航天器并调整姿态使两航天器，同时确保两航天器在进一步操作过程中可以保持姿态稳定，星载计算机不再进行直接信息交换。
[0025](3)输出航天器伸出伸缩式硬杆输出管。在输出航天器星载计算机控制下由探测装置导引使输出杆前端的对接辅助装置，处于接收航天器锥形接口内部。
[0026](4)对接辅助装置内压力感应器生成信号，传给输出控制器，进而传入输出航天器星载计算机，由星载计算机控制航天器机动使对输出接口滑入接收接口形成精确对接，由输出控制中心控制内层套伸入接收接口。将信号发送给接收控制中心。
[0027](5)接收控制中心识别信号，确认输出航天器准备完成，打开推进剂存储装置封口，将信号发给输出控制中心。
[0028](6)输出控制中心识别信号，确认接收航天器准备完毕，打开推进喷射装置开关，开始加注。
[0029]自主加注段:由推进剂喷射装置控制加注时的流量同时由物理连接限制加注剂流向，由接收机上的推进剂储量监测装置监测推进剂储量。
[0030]自主加注终止段:
[0031](I)推进剂储量监测装置探测推进剂储量将信息传给接收航天器星载计算机，确定是否停止加注，当储量达到一下值时时认为储量达标，停止加注。
[0032](2)接收航天器通过接收接口控制器与输出接口控制器将信号传给输出航天器，由输出航天器输出接口控制器控制关闭推进喷射装置开关，生成信号传给接收机。
[0033](3)接收接口控制器识别信号，确认输出航天器已经做了加注终止准备，关闭推进剂存储装置封口，并向输出航天器发送信号。
[0034](4)输出接口控制器识别信号，收回内层套与伸缩式输出杆，向接收航天器发送信号，同时由输出航天器星载计算机控制输出航天器上推力器使两航天器分离，调整航天器位置与姿态，使输出航天器按原轨道正常运行。
[0035](5)接收航天器识别信号，由星载计算控制推力器调整接收航天器位置与姿态使航天器正常运行。
【权利要求】
1.一种自主加注接口，包括接收接口与输出接口，其特征在于:接收接口与接收平台相连，输出接口与输出平台相连；所述的接收接口包括锥形对接头、接收接口控制器、封口及封口开关，锥形对接头一端为开口的锥形外扩部，另一端为导管；导管与加注剂存储装置相连，接收接口控制器与接收平台计算机通信并控制封口开关，驱动封口封闭导管，封存加注剂；所述的输出接口包括对接辅助装置、输出接口控制器、内层套及内层套驱动器，对接辅助装置安装于输出管头部两侧，头部经过球面处理，内置压力感应装置，将受压情况转化为信号并发送给输出接口控制器，当输出管头部两侧均受压时表明精确对接，此时，输出接口控制器发出信号，由内层套驱动器驱动位于输出管内的中空圆柱形的内层套伸入接收接口，形成稳定连接。
【文档编号】B64G1/64GK103434661SQ201310390862
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】岳晓奎, 王星又, 袁建平, 宁昕 申请人:西北工业大学