CN103089488A - 一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管 - Google Patents

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俞南嘉
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Abstract

本发明公开了一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，包括直线步进电机、限位块、入口接头、文氏管、阀体、调节锥和紧固螺栓；本发明中采用直线步进电机驱动，具有结构简单、尺寸小、精度高、响应快的优点，调节精度可以达到0.02mm，调节速度可以达到10mm/s；文氏管入口接头和文氏管出口符合航天标准Y5785-89，使其具有通用性强的优点；调节锥和文氏管通过螺纹分别连接到直线步进电机和阀体，使得其拆卸方便，更换维护方便；可调汽蚀文氏管中与推进剂介质接触的材料采用304不锈钢，使得其与过氧化氢2级相容。

Description

一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管
技术领域
本发明属于变推力火箭发动机推进剂流量调节与控制领域，涉及高浓度过氧化氢的流量调节与控制，具体涉及一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管。
背景技术
变推力火箭发动机可以为航天器的推进与控制提供可控动力，增大航天器对飞行任务和轨道的适应性和可操作性，是航天飞行器动力系统的理想选择。随着人类探索太空活动的逐年增加，发展变推力推进技术的重要性愈发明显。改变火箭发动机推力的主要方法是调节推进剂的流量，推进剂流量的调节与控制精度直接影响到火箭发动机的性能。
航天动力系统采用无毒无污染、可贮存推进剂是未来发展的趋势，近年来，研究的重点集中在绿色推进剂方面。推进剂级过氧化氢具有无毒、无污染、高密度、易贮存、高比热、分解产生大的体积膨胀和热量的优点，是一种理想的绿色推进剂。但是过氧化氢与不相容的材料（如重金属、有机化合物、某些杂质的混合物）接触，会分解放热，破坏管路甚至爆炸。因此，推进剂输送系统的材料必须与过氧化氢相容。
可调汽蚀文氏管是一种重要的流量调节元件，具有优越的调节性能，当喉部压力低于液体推进剂的蒸汽压时，只要喉部面积和入口压力恒定，流量为常数，同时下游压力的变化不会影响上游压力。国防工业出版社的图书《变推力液体火箭发动机及其控制技术》公开了一种可调汽蚀文氏管，此可调汽蚀文氏管采用电液控制机构驱动，结构复杂，且精度不高。期刊论文《可调汽蚀文氏管试验研究》（推进技术-2004-25（5））公开了一种可调汽蚀文氏管，此可调汽蚀文氏管通过电机和滚珠丝杠驱动，出现了滚珠丝杠自锁、调节精度和可重复性差等问题。而且，以上两种可调汽蚀文氏管都没有考虑与高浓度过氧化氢的相容性问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，实现过氧化氢变推力火箭发动机的流量调节与控制，具有简单可靠、尺寸小、精度高、响应快等特点。
一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，包括直线步进电机、限位块、入口接头、文氏管、阀体、调节锥和紧固螺栓；
限位块中间设计有方孔，调节锥的一端加工成方形，方形一端与限位块的方孔间隙配合；直线步进电机和限位块固定连接到阀体的法兰上，直线步进电机螺杆的输出端与调节锥方形端螺纹连接，螺杆与调节锥之间不发生相互转动；阀体包括安装法兰、推进剂入口、阀体内腔、推进剂出口和调节锥安装孔；入口接头固定在阀体的推进剂入口上，入口接头用于连接推进剂输送系统的上游管路，推进剂通过入口接头流入阀体内腔；调节锥的方形一端固定在限位块的方孔内，调节锥的另一端为圆柱形，穿过调节锥安装孔，进入阀体内腔内，通过阀体内腔后圆柱形一端与文氏管的喉部内表面相接触；推进剂出口内设有螺纹，文氏管通过螺纹连接安装到阀体的推进剂出口，文氏管与输送系统的下游管路连接；直线步进电机驱动调节锥在阀体内进行前后直线运动，调节调节锥与文氏管喉部内表面之间的间隙，控制文氏管向下游管路输出推进剂的流量。
本发明的优点在于：
（1）本发明提出一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，采用直线步进电机驱动，具有结构简单、尺寸小、精度高、响应快的优点，调节精度可以达到0.02mm，调节速度可以达到10mm/s；
（2）本发明提出一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，入口接头和文氏管出口符合航天标准Y5785-89，使其具有通用性强的优点；
（3）本发明提出一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，调节锥和文氏管通过螺纹分别连接到直线步进电机和阀体，使得其拆卸方便，更换维护方便；
（4）本发明提出一种可调汽蚀文氏管，与推进剂介质接触的材料采用304不锈钢，使得其与过氧化氢2级相容。
附图说明
图1是本发明的半剖结构示意图；
图2是本发明的三维结构示意图；
图3是阀体的剖视图；
图中：
1-直线步进电机       2-限位块          3-入口接头         4-O型密封圈A
5-文氏管             6-阀体            7-O型密封圈B       8-调节锥
9-紧固螺栓           101-螺杆          102-电缆           601-安装法兰
602-推进剂入口       603-阀体内腔      604-推进剂出口     605-调节锥安装孔
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，如图1和图2所示，包括直线步进电机1、限位块2、入口接头3、O型密封圈A4、文氏管5、阀体6、O型密封圈B7、调节锥8和紧固螺栓9。
限位块2中间设计有方孔，调节锥8的一端加工成方形，方形一端与限位块2的方孔间隙配合，方孔内壁的表面粗糙度不超过Ra1.6，外围设有四个通孔，用于穿过紧固螺栓9；
直线步进电机1和限位块2通过4个紧固螺栓9固定连接到阀体6的法兰601上，直线步进电机1的螺杆101输出端与调节锥8方形端螺纹连接，并采用螺纹胶粘牢，使得螺杆101与调节锥8之间不发生相互转动。
直线步进电机1通过电缆102进行供电。
阀体6如图3所示，阀体6设计有安装法兰601、推进剂入口602、阀体内腔603、推进剂出口604和调节锥安装孔605。
入口接头3固定在阀体6的推进剂入口602上，采用焊接方式固定，入口接头3用于连接推进剂输送系统的上游管路，推进剂通过入口接头3流入阀体内腔603；
调节锥8的方形一端固定在限位块2的方孔内，调节锥8的另一端为圆柱形，穿过调节锥安装孔605，进入阀体内腔603内，通过阀体内腔603后圆柱形一端与文氏管5的喉部内表面相接触，调节锥8与调节锥安装孔605之间采用O型密封圈B7进行密封；
推进剂出口604内设计有螺纹，文氏管5通过螺纹连接安装到阀体6的推进剂出口604，文氏管5与推进剂出口604之间采用O型密封圈A4进行密封，文氏管5与输送系统的下游管路连接；
直线步进电机1驱动调节锥8在阀体6内进行前后直线运动，调节调节锥8与文氏管5喉部内表面之间的间隙，控制文氏管5向下游管路输出推进剂的流量。
所述的直线步进电机1为海顿57F43型直线步进电机，工作电压3.25V，调节精度为0.0127mm，最大推力900N，最大运动速度10mm/s。
所述的限位块2采用LD10铝棒材料制成。
所述的阀体6采用304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容。
所述的入口接头3采用304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容，结构尺寸符合航天标准Y5785-89。
所述的调节锥8采用304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容。
所述的文氏管5由304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容，文氏管5的出口结构尺寸符合航天标准Y5784-89。
所述的推进剂为高浓度过氧化氢。
本发明中通过直线步进电机1驱动调节锥8在阀体6内做前后直线运动，位移精度可以达到0.02mm，最大运动速度可以达到10mm/s；为了保证直线步进电机1的螺杆101与调节锥8只能作前后的直线运动，在阀体6与直线步进电机1之间设有限位块2，限位块2上设置的方孔与调节锥8间隙配合，限制直线步进电机1的螺杆101和调节锥8的旋转运动，保证螺杆101和调节锥8只能作前后的往返运动。
工作过程：
推进剂输送系统的上游管路中的推进剂，通过入口接头3流入阀体内腔603，直线步进电机1启动，控制调节锥8在阀体内腔603内直线运动，进而改变调节锥8与文氏管5喉部内表面间的环缝面积，推进剂通过环缝进入文氏管5喉部，当环缝面积变大，推进剂流量变大，当环缝面积变小，推进剂流量变小，根据流量要求，通过改变直线步进电机1的脉冲数，可以移动调节锥8的位置，从而改变环缝面积的大小，达到调节和控制推进剂流量的目的，文氏管5出口连接输送系统的下游管路，推进剂即通过文氏管5出口流出，进入输送系统的下游管路。

Claims (10)

1.一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，包括直线步进电机（1）、限位块（2）、入口接头（3）、文氏管（5）、阀体（6）、调节锥（8）和紧固螺栓（9）；
限位块（2）中间设计有方孔，调节锥（8）的一端加工成方形，方形一端与限位块（2）的方孔间隙配合；直线步进电机（1）和限位块（2）固定连接到阀体（6）的法兰（601）上，直线步进电机（1）螺杆（101）的输出端与调节锥（8）方形端螺纹连接，螺杆（101）与调节锥（8）之间不发生相互转动；阀体（6）包括安装法兰（601）、推进剂入口（602）、阀体内腔（603）、推进剂出口（604）和调节锥安装孔（605）；入口接头（3）固定在阀体（6）的推进剂入口（602）上，入口接头（3）用于连接推进剂输送系统的上游管路，推进剂通过入口接头（3）流入阀体内腔（603）；调节锥（8）的方形一端固定在限位块（2）的方孔内，调节锥（8）的另一端为圆柱形，穿过调节锥安装孔（605），进入阀体内腔（603）内，通过阀体内腔（603）后圆柱形一端与文氏管（5）的喉部内表面相接触；推进剂出口（604）内设有螺纹，文氏管（5）通过螺纹连接安装到阀体（6）的推进剂出口（604），文氏管（5）与输送系统的下游管路连接；直线步进电机（1）驱动调节锥（8）在阀体（6）内进行前后直线运动，调节调节锥（8）与文氏管（5）喉部内表面之间的间隙，控制文氏管（5）向下游管路输出推进剂的流量。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，还包括O型密封圈A（4），文氏管（5）与推进剂出口（604）之间采用O型密封圈A（4）进行密封。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，还包括O型密封圈B（7），调节锥（8）与调节锥安装孔（605）之间采用O型密封圈B（7）进行密封。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，限位块（2）的方孔内壁表面粗糙度不超过Ra1.6。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，所述的限位块（2）采用LD10铝棒材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，所述的阀体（6）采用304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，所述的入口接头（3）采用304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容，结构尺寸符合航天标准Y5785-89。
8.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，所述的调节锥（8）采用304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容。
9.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，所述的文氏管（5）由304不锈钢制成，并按国军标进行钝化处理，与过氧化氢2级相容，文氏管（5）的出口结构尺寸符合航天标准Y5784-89。
10.根据权利要求1所述的一种适用于高浓度过氧化氢的可调汽蚀文氏管，所述的推进剂为高浓度过氧化氢。
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