空间站供配电系统潜通路分析_梁晓锋.pdf
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1、第 卷第期 年月航天器工程 空间站供配电系统潜通路分析梁晓锋任亮(北京空间飞行器总体设计部,北京 )(北京卫星制造厂有限公司,北京 )摘要空间站供配电系统的设计复杂,同时体系架构又需要变换以适应不同的构型,这些特点都导致供配电系统供电母线之间可能存在潜通路。文章介绍了潜通路分析的概念、特点和分析步骤,同时结合空间站供配电系统的设计,对重要单机设备按照步骤进行了潜在路径、潜在时序、潜在标志等分析,对于出现的指令控制电路潜通路进行了分析,说明了潜通路人工分析方法在供配电系统研制过程中的应用。同时,对于后续航天器类似的设计及分析提出了建议。关键词空间站;潜通路;供配电系统;线索表中图分类号:文献标志
2、码:(,)(,):,:;收稿日期:;修回日期:作者简介:梁晓锋,男,硕士,高级工程师,从事航天器总体设计工作。:。潜通路的概念最早是由美国波音公司在完成阿波罗登月计划期间针对电子电气系统提出来的,潜通路的存在是源于现代工程系统的复杂性与设计人员有限控制能力之间的矛盾。潜通路的出现具有突发性,常规检查手段不易查出,且随着系统的复杂性,节点的增多,潜通路成级数增长。潜通路分析技术是旨在预先发现潜在通路的一项工程技术。国外的公司从事潜通路分析技术比较早,建立了潜在电路分析的方法。美军标 要求航空、航天、水中交通工具和导弹进行潜通路分析。我国从 世纪 年代末、年代初开始逐步开展潜通路技术的研究,完成了
3、分析方法及分析工具的建立,同步的潜通路分系统在航天、舰船等领域开始应用。空间站系统由三个舱段在轨组建完成,每个舱段配置完整的供配电系统,在舱段单舱工作时为整舱的设备提供供电。随后随着舱段的发射和交会对接依次形成“一字”构型组合体、“”构型组合体及“”构型组合体,在航天员的参与下,供配电系统经过不断的系统重构,形成最终的供配电系统。系统复杂度高,需要经历航天器的组建过程,适应航天器各种任务模式,且与其他系统的接口复杂。这些都可能引起在供配电系统中存在潜通路,潜通路的存在将对供配电系统的可靠性和安全性产生影响,继而影响航天器的可靠性或者任务的完成。因此对于供配电系统尤其是供电母线的潜通路分析就尤为
4、重要。本文在空间站供配电系统设计基础上,采用潜通路分析方法,按照数据收集、电路简化、拓扑建立步骤对供配电系统进行了潜通路分析,对发现的潜在电路进行了影响分析,同时对于后续航天器类似的设计及分析提出建议。潜通路分析简介潜通路分析可分为:针对电路的潜在电路分析(,)、针对软件的潜在分析和针对液、气管路的潜在通路分析。本文对空间站供配电系统进行电路的潜在电路分析,主要目的为:在假定所有元件、器件均正常工作的情况下,分析确认能引起非期望的功能与抑制所期望的功能的潜在状态。)潜通路分析的特点()在进行 时,要考虑人为差错,一般不考虑硬件故障、制造因素和环境的影响,因此,技术可与其他的可靠性设计分析方法相
5、互补充。()只注重元部件之间的相互连接和相互影响,不关心元部件本身的可靠性。()大多数潜通路并非在系统每次运行时都会出现,而是在某种特定的条件下才会起作用,因此,通常难以通过常规试验的方式来发现。()进行 时,必须保证用于分析的电路能代表系统的实际情况。在识别系统的潜通路时,使用实际的生产图和安装图,要比使用系统级或功能级的图纸更有效。)潜通路的分析的过程()数据的收集、理解与核对针对要开展潜通路分析的系统,首先要收集相关的数据,对于电气系统而言,主要收集电路的设计原理图,然后对收集的数据进行分析和校对,确保对于电路图的理解与设计师是一致且正确的。()电路的简化为了进行潜通路分析,需要对收集到
6、的电气原理图进行电路的简化,要明确电路的一起通路,保留供电线路,略去其余无关的路径。()拓扑建立分析针对简化的供电线路,按照一定的规则构建网络树。对于简单的电路,可采用人工干预分析进行构成;对于复杂的电路,应采用计算机自动处理形成。当网络树形成后,即开始确定、分类每个树出现的基本拓扑图形。任何电路的网络树都由直线型、电源拱型、接地拱型、组合拱型和 型共中基本构型组成。然后按照各种基本拓扑图形所提供的分析线索逐一进行分析,发现潜在通路的所有可能性。供配电系统体系设计空间站由三个舱段组建形成。三个舱段每个舱段配置两条完全电气隔离的供电母线,试验舱的两条供电母线定义为、,实验舱 的两条供电母线定义
7、、,核心舱的两条供电母线定义为、。单舱飞行情况由各舱段供电母线为自身舱段负载供电。在完成三舱构建后,将实验舱、实验舱 的条供电母线在三个舱段间贯通,母线为实验舱供电,母线为实验舱供电外同时为核心舱供电;母线为实验舱 供电,母线为实验舱 供电外同时为核心舱供电。供电的连接通过母线切换单元中的开关闭合实现,如图所示,图中箭头表示三舱组合体状态下正常工作时闭合的开关。图供电母线示意图 航天器工程 卷从系统框架可见,空间站配电采用双母线设计。母线切换设备对供电母线选通后,形成了每各舱段的两条母线。配电分为两个层次,首先是母线控制单元,将从母线切换单元接收到的电能进行分配及控制,为下游的功率控制单元提供
8、供电。配电设备接收母线控制设备提供的供电并进行分配控制,为每个用电负载进行供电。潜通路分析 数据的收集、理解与核对按照潜通路分析方法,供配电系统潜通路分析首先进行数据的收集,结合供配电系统体系设计,输入数据包括:母线切换单元、母线控制单元、功率控制单元的单机技术要求;母线切换单元、母线控制单元、功率控制单元的电原理图。在收集到潜在电路分析数据之后,对照设计要求和设计原理说明对受分析对象进行设计理解,同时与设计师进行交流,准确理解受分析系统的任务要求、设计意图和设计原理。在此基础上,对单机技术要求与单机原理图设计的一致性;电路图间连接的匹配正确性进行了核对。在完成上述工作后,开始进行网络树的建立
9、及潜通路的分析。电路的简化 最初采用人工分析方法,分析过程包括 全部基本的环节,对于复杂系统的 工作量巨大。技术经过几十年的发展已日臻完善,形成了一套自动分析软件,但是软件分析的成本很高,分析周期长,而且建立完善的分析程序和应用线索表比较困难。从空间站供配电系统体系设计可见,供配电采用树形配电方式,电流流向单一且与网络树的分析方法匹配性好,综合考虑供配电系统采用人工分析的方法,同时对电路进行简化处理。电路简化为经典的网络树,识别和分析其具有的典型拓扑结构,再结合拓扑模式分析线索表分析每棵网络树是否存在潜在状态。网络树存在直线形、电源拱形、接地拱形、组合拱形、形共种基本拓扑结构,对在网络树中识别
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