【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种塞式喷管发动机的燃气舵推力矢量装置伺服驱动方案，具体来讲是一种使用集成化电液伺服系统与平面双摇杆机构控制布置在塞锥表面上的燃气舵进行往复旋转运动的方案。应用于塞式喷管发动机推力矢量控制领域。
技术介绍
1、塞式喷管是一种具有高度补偿特性的喷管，可以作为单级入轨或者二级入轨可重复使用航天运载器、高超声速飞行器、小型固体火箭发动机的动力系统，具有广泛的应用前景。燃气舵作为一种机械式推力矢量控制方案，具有响应快、可靠性高、结构简单的优势，常常用于钟型喷管出口出进行推力矢量控制。将燃气舵技术引入塞式喷管对燃气舵的安装与控制提出了新难题。
2、对于钟型喷管，燃气舵是通过耳片的形式固定在喷管出口处，操控燃气舵的伺服控制机构布置在耳片内部，其中，耳片的为平面结构，便于燃气舵的固定与伺服控制机构的布置。然而对于塞式喷管，塞锥表面为曲面结构，如何固定燃气舵并布置燃气舵控制机构是一大难题。为了解决燃气舵的作动控制问题，公开号为cn201710138606.5的中国专利公开了一种飞行器燃气舵与空气舵联动机构、公开号为cn202210405907.0的中国专利公开了一种滚珠丝杠式燃气舵伺服机构，两项专利都使用了电机驱动滚珠丝杠配合连杆机构的方式对燃气舵进行伺服控制，该种控制方案控制简单，可独立控制每个舵的旋转，但由电机作为动力源的方案在所需提供的作动功率较大的情况下，整个伺服系统的体积和重量都会成倍增长。
3、基于以上问题，本专利技术设计了一种塞式喷管发动机的燃气舵推力矢量控制装置伺服驱动方案，将燃气舵通过固定装
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种塞式喷管发动机的燃气舵推力矢量装置伺服驱动方案，为燃气舵的选取合适的位置并设计固定装置固定舵片；选取合理的伺服控制系统并设计传动机构达到控制舵片旋转的目的。
2、本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是：
3、方案包括：燃气舵及其固定装置和集成化电液伺服控制系统。燃气舵及其固定装置包括塞锥型面、燃气舵片、椭圆形连接凸台、燃气舵轴、连接螺栓、角接触球轴承、轴承固定盖；燃气舵伺服控制系统包括中间连杆、液压油缸、球头杆端关节轴承座、液压油箱、伺服电机泵、集成化阀块。
4、所述燃气舵及其固定装置是方案的被控对象，燃气舵片需要安装在截短塞锥型面的50％轴向长度上以产生足够的侧向推力矢量力，塞锥内部相应位置制造凸台，用于承载轴承固定盖；燃气舵片采用具有更好烧蚀性能的对称六棱形翼型，根梢比为0.4，展弦比为1.5，后掠角为40°舵片厚度取平均气动弦长的7％；燃气舵轴布置在燃气舵根弦长40％处减小所需铰链力矩，降低伺服系统所需提供功率；由于燃气舵片体积较大，不便从塞锥内部伸出，且燃气舵轴从塞锥上方进入塞锥内部不便于轴向固定，采用燃气舵轴和燃气舵片可拆卸式设计；另设椭圆形连接凸台，作为螺栓连接燃气舵片与燃气舵轴的介质，椭圆形的外形能减小凸台在高温高压燃气流中造成的推力损失；由于燃气舵片和椭圆形凸台暴露在高温高压燃气中，而燃气舵轴并没有直接与燃气接触，所以燃气舵轴的材料性能要求可以低于燃气舵片，分体式的设计降低了材料和加工的费用；为了实现燃气舵的轴向旋转运动，采用角接触球轴承，由于连杆机构会让燃气舵轴承受一定轴向力，采用背对背安装的角接触球轴承；为了实现燃气舵的轴向固定，将燃气舵轴制一轴肩与轴承固定盖和角接触球轴承相互接触；燃气舵轴与椭圆形连接凸台交界处制一轴肩，用于放置o型密封圈，对高温高压燃气进行动密封，防止燃气进入燃气舵轴和伺服控制系统造成结构损坏。
5、所述集成化电液伺服控制系统是动力源，直接作动器为液压油缸，油缸的一端使用球形杆端轴承连接到塞锥表面的轴承座，另一端使用转动销与中间连杆相连接，球形杆端轴承的使用保证了油缸驱动摇杆机构时的微小摆动自由度；中间连杆的一端通过转动销与液压油缸连接，另一端通过螺栓销与燃气舵轴连接，传递从液压油缸到燃气舵轴的力；减压阀、电液伺服阀、单向阀集成在集成化阀块中，使用螺钉固定在液压油箱上方，伺服电机泵与其驱动器通过螺栓固定在阀块和油箱的侧面，液压油箱、集成阀块、伺服电机泵集成化布置在塞锥表面，与塞锥相对静止；高压油和低压油通过集成阀块的出油口流入液压油缸上的进油口和回油口。
6、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
7、(1)使用可拆卸的形式固定燃气舵片与燃气舵轴，能降低对燃气舵轴向固定的难度，易于加工和装配，分体式的设计可以使燃气舵轴与燃气舵片采用不同材料，以降低材料成本。
8、(2)对燃气舵进行了轴向载荷平衡和动密封，使用背对背安装的角接触球轴承承受燃气舵轴的轴向力，使用o型密封圈对高温高压燃气进行密封，防止结构损坏，使方案具有高可靠性。
9、(3)采用电液伺服系统与平面双摇杆机构控制燃气舵旋转，双摇杆机构连接简单，可靠，便于加工制造；电液伺服系统具有控制精度高、响应快、大输出功率下体积小，质量轻的优势。
10、(4)电液伺服系统采用集成化设计，将液压油缸、集成阀块、伺服电机泵及其驱动器集成一体，有效减小伺服作动器的安装体积，且每个燃气舵具有独立的作动器，能实现独立偏转，提高了推力矢量控制的自由度。
11、(5)燃气舵与伺服控制系统形成了一个整体单元，单元式的设计便于适配不同燃气舵个数的发动机，使方案具有普适性。
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1.本专利技术针对塞式喷管发动机燃气舵推力矢量装置的工作需求，提出了一种塞式喷管发动机的燃气舵推力矢量装置伺服驱动方案。其特征在于：
2.根据权利要求1所述的燃气舵及其固定装置，其特征在于，燃气舵片(4)和燃气舵轴(9)采用可拆卸分体式设计，中间用椭圆形连接凸台(6)过渡；燃气舵片(4)和椭圆形连接凸台(6)从塞锥上方安装，燃气舵轴(9)从塞锥下方安装；燃气舵轴(9)的轴向固定顺序为：先安装角接触球轴承(8)，再安装燃气舵轴(9)，最后安装轴承固定盖(10)。此种安装方式避免了一体化设计较难的轴向固定问题，且可以使燃气舵轴使用比燃气舵片热防护要求更低的材料，从而降低生产成本。
3.根据权利要求1所述的集成化电液伺服系统，其特征在于，使用平面双摇杆机构将电液伺服液压油缸的直线运动转化为控制燃气舵偏转的旋转运动；液压油缸(501)通过球形杆端轴承连接在塞锥型面(3)背面；液压油缸(501)通过转动销(12)与中间连杆(11)构成转动副；中间连杆(11)通过螺钉销(13)与燃气舵轴(9)固连；传动形式简单，可靠性高。
4.根据权利要求1所述的集成化电
...【技术特征摘要】
1.本发明针对塞式喷管发动机燃气舵推力矢量装置的工作需求，提出了一种塞式喷管发动机的燃气舵推力矢量装置伺服驱动方案。其特征在于：
2.根据权利要求1所述的燃气舵及其固定装置，其特征在于，燃气舵片(4)和燃气舵轴(9)采用可拆卸分体式设计，中间用椭圆形连接凸台(6)过渡；燃气舵片(4)和椭圆形连接凸台(6)从塞锥上方安装，燃气舵轴(9)从塞锥下方安装；燃气舵轴(9)的轴向固定顺序为：先安装角接触球轴承(8)，再安装燃气舵轴(9)，最后安装轴承固定盖(10)。此种安装方式避免了一体化设计较难的轴向固定问题，且可以使燃气舵轴使用比燃气舵片热防护要求更低的材料，从而降低生产成本。
3.根据权利要求1所述的集成化电液伺服系统，其特征在于，使用平面双摇杆...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵常宏，杨文将，刘润泽，杨洪森，徐存，刘宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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