本发明涉及一种用于给轮胎充气至需求压力的系统，具体涉及一种原位轮胎充压系统。
背景技术：
轮胎是车辆、飞行器等运载设备的重要组成部分，对车辆、飞行器等的动力性、安全性和操纵性有着至关重要的影响。胎压不足或轮胎之间胎压不均会导致运载设备的性能下降，甚至导致任务失败。
基于轮胎压力对车辆、飞行器等运载设备的重要性，要求运载设备中轮胎压力应在其工作阶段满足一定的压力。随着运载设备工况的愈加复杂和对设备可靠性的要求升高，如何保证轮胎在任务阶段有充足的胎压是目前亟待解决的问题。
目前轮胎充压技术有一些发展，采用空气压缩机或运载设备中气压系统作为气源给轮胎充气，这种方法即增加了整车或整机的复杂性，又增重较多，带来可靠性降低和超重等相关问题。
发明的内容
发明的目的：
本发明的目的是：为在复杂工况下工作的车辆、飞行器等运载设备提供一套轮胎充压系统，本系统在运载设备工作阶段检测胎压并能够在胎压不足情况下无需外部气源就能够给轮胎充气至额定压力，保证轮胎在运载设备的任务阶段满足压力要求。
技术方案：为表述方便，将充压过程中气体流动方向定为正方向，针对管路中组件，气体流入为组件的前端，流出为组件的后端。
一种原位轮胎充压系统分为气源部分、气压控制执行元件部分、轮胎充压机构部分和胎压监控部分。气源部分由若干个高压气瓶组成，分别分布在运载设备轮胎的安装结构上；气压控制执行元件部分由与高压气瓶数目相同的电爆阀、减压阀、安全阀和电磁阀组成，布置在高压气瓶出口后端，在气瓶后端依次排布顺序为电爆阀、减压阀、安全阀和电磁阀；轮胎充压机构部分由气控式充压接头组成，安装在机轮内，作为气路和轮胎的连接部分；胎压监控部分由安装在各个轮胎上的温度压力传感器和胎压监控盒组成。
进一步的，高压气瓶作为原位轮胎充压系统的气源，气瓶的高压力可以保证轮胎在无压力的极限状态下能够提供足够气量的同时使气瓶体积和重量尽量的小，充气介质根据轮胎内介质，可以为氮气、氦气或空气等不活泼的化学性质、不易热胀冷缩的物理性质的气体。运载设备的轮胎数目和安装形式不尽相同，轮胎充压系统的气瓶应根据轮胎的分布位置和安装形式进行分布。气瓶布置原则有三点：1、布置在轮胎的安装结构上；2、一个支撑结构下的轮胎或轮组处只布置一个气瓶；3、使用一个气瓶的轮胎需具有相同的额定胎压。采用该布置原则可大幅缩减气路管道的长度和气源损耗。
进一步的，电爆阀、减压阀、安全阀和电磁阀作为原位轮胎充压系统的气压控制执行元件部分。为缩减系统组成和简化控制指令，运载设备中全部轮胎的电爆阀和电磁阀均按照同一指令进行控制，即系统中全部电爆阀同步点爆，全部电磁阀同步开闭。电爆阀安装在高压气瓶出口处，气瓶储压时电爆阀作为气瓶的密封单元，执行充压任务时电爆阀作为气瓶开启的控制单元。减压阀安装在电爆阀后端，用于将高压气瓶中的高压减至轮胎所需的额定压力。安全阀安装在减压阀后端，用于保证减压后的气体在一定的压力范围内，保护轮胎不被高压破坏。电磁阀为双余度两位三通电磁阀，其中电磁开闭单元具有双线圈，阀体设有进气口、出气口和排气口，上电时进气口和出气口接通，排气口关闭，接通气路，下电时出气口和排气口接通，进气口关闭，断开气路。电磁阀作为轮胎充压系统的气路控制单元，安装在安全阀后端，用于气源和轮胎之间气路的开闭单元。
进一步的，气控式充压接头作为原位轮胎充压系统的轮胎充压机构部分。气控式充压接头安装在电磁阀出气口后端，作为气路和轮胎之间的连接部分。气控式充压接头在气压的作用下建立封闭气路，使从电磁阀流出的额定压力氮气冲入轮胎，在轮胎内压力达到额定压力时，电磁阀下电后，充压接头入口段压力骤减，则接头回位，气路断开，轮胎在单向阀的作用下保压。
进一步的，温度压力传感器和胎压监控盒作为原位轮胎充压系统的胎压监控装置。温度压力传感器安装在运载设备全部的轮胎上，用于测量轮胎任务阶段的温度和压力，胎压监控盒作为传感器的控制部分负责传感器供电和数据传输。运载设备在工作阶段，可通过人工控制指令控制胎压监控盒给温度压力传感器上电，采集胎压数据；在关键任务节点时，自动或人工指令测量轮胎压力，以此判断是否进行充压任务；在充压过程中，胎压监控装置持续采集前、主轮胎的压力，监控充压过程是否正常。
原位轮胎充压系统的工作方式如下所述：包括两种工作模式：
模式1：监测胎压，运载设备在停靠时期或轮胎不工作阶段，不需进行充压任务，系统中胎压监控装置可通过人工指令方式采集轮胎压力数据。
模式2：运载设备在即将使用轮胎阶段或轮胎胎压不足时，步骤一，胎压监控装置自动或人工控制指令上电测量胎压，若全部轮胎均满足额定胎压，则不执行充压任务；若任一轮胎胎压不满足额定胎压并且轮胎所处的环境温度满足充压条件时，则执行充压任务。步骤二，充压任务开始后，胎压监控装置持续监测胎压，安装在轮胎支撑结构上的高压气瓶出口处的电爆阀双桥上电点爆。步骤三，气瓶内高压气体从气瓶中流出至减压阀，高压气体分别减压至各个轮胎所需的额定压力后流经安全阀，进入电磁阀。步骤四，全部轮胎气路上的电磁阀上电，减压后的氮气流至气控式充压接头。步骤五，气控式充压接头受气压力而建立密封气路，气体通过单向阀充入轮胎；当全部轮胎内气体充至各自的额定压力，则气控式充压接头两端气压相等，全部气路的气体流动停止。步骤六，全部的电磁阀下电关闭，电磁阀的出气口与排气口接头，电磁阀后端管路内气体排出，气控式充压接头回位，气路断开，轮胎内保持额定压力，充压任务结束。
本发明的有益效果是：车辆、飞行器等运载设备在执行任务时，无论轮胎胎压减至何种程度，在轮胎密封性完好情况下，原位轮胎充压系统都能够给运载设备的轮胎充压至额定压力，以此保证运载设备在任务阶段轮胎压力满足要求，提高任务的可靠性和安全性。本发明系统结构简洁，重量轻，控制指令少，不需要外部气源，采用的系统组件成熟可靠，且执行组件采用双余度设计(电爆阀、电磁阀)，具有高可靠性与较强的应用性和推广性，同时大大降低对轮胎在恶劣工况环境下的长时间保压性能的要求。
该系统适用于飞行器、车辆等运载设备的轮胎在工作时监测轮胎压力，并在任一轮胎胎压不足时无需外部气源给轮胎充压至需求的胎压，保证运载设备的轮胎胎压满足工作要求。
附图说明
附图1是航天器原位轮胎充压系统的硬件组成图；
附图2是航天器原位轮胎充压系统监测胎压过程的详细说明；
附图3是航天器原位轮胎充压系统充压过程的详细说明。
其中，1为高压气瓶，2为电爆阀，3为减压阀，4为安全阀，5为电磁阀，6为气控式充压接头，7为温度压力传感器，8为胎压监控盒，9为前机轮轮胎组件，10为主机轮轮胎组件。
具体实施方式
由于运载设备的结构形式的多样性，为方便表述，本发明以前三点式着陆架、双前轮胎、单主轮胎的航天器为例，结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明的硬件组成分为前轮胎、左主轮胎、右主轮胎三个充压部分。其中前轮胎充压部分包含高压气瓶、电爆阀、减压阀、安全阀、电磁阀、气控式充压接头、温度压力传感器和前轮胎机轮组件；左主轮胎部分包含高压气瓶、电爆阀、减压阀、安全阀、电磁阀、气控式充压接头、温度压力传感器和左主轮胎机轮组件；右主轮胎部分包含高压气瓶、电爆阀、减压阀、安全阀、电磁阀、气控式充压接头、温度压力传感器和右主轮胎机轮组件；三个充压部分共用一个胎压监控盒。
如图2所示，展示了本发明中监测胎压的运行过程。首先执行步骤2100，地面指挥中心向航天器发出胎压监测遥控指令，该指令可在航天器在轨运行阶段中随时或定时发出，定点或规律监测在轨运行时航天器胎压情况；然后执行步骤2200，航天器收到指令后，给胎压监控盒上电，执行步骤2300，胎压监控盒给全部轮胎的温度压力传感器上电，执行步骤2400，温度压力传感器采集各个轮胎的温度和压力信号，并将数据传输至胎压监控盒；然后执行步骤2500，胎压监控盒将数据传回航天器的管理计算机和地面指挥中心；数据采集完成或不需继续采集数据后，执行步骤2600，发送胎压监控下电指令，执行步骤2700，胎压监控装置下电，本次采集胎压数据任务结束。
如图3所示，展示了本发明中轮胎充压的运行过程。首先执行步骤3100，航天器在返回着陆前，航天器自动发出轮胎充压系统工作信号；然后执行步骤3200，航天器轮胎充压系统收到工作信号，给胎压监控装置上电，测量此时轮胎的胎压和所处的环境温度；然后执行步骤3300，判断此时温度是否满足充压条件，若不满足则继续监测环境温度，若满足则执行步骤3400，判断轮胎胎压是否任一不满足着陆要求，若均满足则执行步骤3600，终止充压任务，若不满足则执行步骤3700，点爆三个气瓶后的电爆阀；系统留有人工操作备份，地面遥控中心可执行步骤3500，即地面发出充压指令，然后执行步骤3700；然后执行步骤3800，给三个电磁阀的线圈1上电，此时轮胎充压系统的气路接通，气控式充压接头在压力作用下建立连接轮胎的气路；然后执行步骤3900，判断全部轮胎在5min中内是否均达到目标充气压力，若均满足则执行步骤3a00，关闭电磁阀，整个系统下电，任务完成，若任一轮胎胎压不满足目标压力，则执行步骤3b00，三个电磁阀线圈1下电；然后执行步骤3c00，三个电磁阀的线圈2上电；然后执行步骤3d00，判断全部轮胎在5min中内是否均达到目标充气压力，若均满足则执行步骤3e00，关闭电磁阀，整个系统下电，任务完成，若任一轮胎胎压不满足目标压力，则执行步骤3f00，发出充压失败信号，整个系统下电关闭。