CN103291493B - 运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构 - Google Patents

运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构 Download PDF

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一种航空发动机技术领域的运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构，包括：以机匣作为静平台F，以调节环作为动平台M。以及两端分别与调节环和机匣相连的第一、二、三被动支路和第四、五、六主动支路；第一、二被动支路包括：依次串联的万向副、下转动副、上转动副。第三被动支路包括：依次串联的上、下转动副以及万向副；第四、五、六主动支路包括：依次串联的下球铰副、移动副以及上球铰副。本发明能实现调节环的纯转动输出，即在调节环绕某轴转动的同时不会产生伴随的移动，故其具有运动解耦性好而易于控制等优点；该机构中含有更少的球铰副，从而降低了制造成本和安装难度。

Description

运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构
技术领域
本发明涉及的是一种航空发动机技术领域的装置，具体是一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构。
背景技术
轴对称推力矢量技术是现代先进战斗机的关键技术之一，其特点是通过改变发动机尾喷管的气流方向而产生的力矩来操纵飞机，在实现了水平推进同时提供偏航俯仰附加力矩，它的引入使战斗机的隐身性、机动性、敏捷性、短距起落能力和超音速巡航等性能得到了充分的发挥和提高。实现推力矢量化需要相应的推力矢量装置，其中可作360度转动的轴对称矢量喷管(Axial—Symmetric Vectoring Exhaust Nozzle，AVEN)代表了发动机排气系统设计与研究的发展方向。在该矢量喷装置中，具有一移动两转动运动特征的调节环结构是实现喷管作360度偏转的关键部件。
目前，国外所公开的该类调节机构(如专利文献号US5174502、US5779152、US5820024、US6142416、US6199772、US6415599、EP0886061B1)中记载的技术均采用的是3-PRS/3-SPS或3-PRS/3-SPS等六支路并联机构，其中3条SPS支路作主动支路，3条PRS或RRS作被动支路用于对调节环定心。然而对该类机构而言，其不能实现调节环纯转动输出，即在绕某轴转动的同时必然产生伴随的移动，故其耦合性较强，运动求解较复杂，控制也较复杂；含有较多的难以加工的S副，使得制造成本增加。
因此，设计含有更少的球铰副，能实现调节环纯转动输出、运动解耦性好而易于控制的一移动两转动矢量喷管装置实际工程应用的迫切需要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构，能实现调节环的纯转动输出，即在调节环绕某轴转动的同时不会产生伴随的移动，故其具有运动解耦性好而易于控制等优点；该机构中含有更少的球铰副，从而降低了制造成本和安装难度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：以机匣作为静平台，以调节环作为动平台，通过三个主动支路和三个被动支路组成的轴对称矢量喷管调节机构连接静平台与动平台，从而形成六支路的三自由度并联机构。
所述的第一、二被动支路包括：依次串联的万向副、下转动副、上转动副，其中：两个转动副轴线以及万向副的第二根转动轴线相互平行；
所述的第三被动支路包括：依次串联的下转动副、上转动副、万向副，其中：万向副的第二根转动轴线与两个转动副轴线相互平行。
所述的万向副拥有两个相互垂直的转动轴线，其中第一根轴线为固定在机匣或调节环上的转动轴线，第二根转动轴线为与第一根轴线相垂直的转动轴线。
所述的主动支路包括：依次串联的下球铰副、移动副以及上球铰副；三个主动支路以移动副作为主动副；主动移动副的驱动是电机带动的丝杆机构或液压系统。
所述的第一被动支路中的第一万向副与第二被动支路中的第二万向副，以第三被动支路中的第三下转动副为基准对称布置；
所述的第一被动支路中第一万向副的第一根转动轴线与第三被动支路中第三下转动副的轴线相互平行；
所述的第一被动支路中的第一上转动副的轴线与第三被动支路中的第三万向副的第一根转动轴线相互平行；
所述的第一被动支路中第一万向副的第一根转动轴线与第二被动支路中第二万向副的第一根转动轴线共线；
所述的第一被动支路中的第一上转动副的轴线与第二被动支路中第二上转动副的轴线平行。
所述第一被动支路中的第一万向副的第一根转动轴线、第二被动支路中第二万向副的第一根转动轴线以及第三被动支路中的第三下转动副的轴线均平行于机匣所在的平面。
此外，保持各被动分支的型位关系，将调节环与机匣位置互换一下，也可以得到类似的运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构。
该调节机构以SPS(球铰副-螺旋副-球铰副)为主动支路且活塞副为驱动副，万向副-转动副-转动副(URR)与转动副-转动副-万向副(RRU)为被动支路；调节环可实现空间内的两个转动自由度和一个移动自由度；其中一个转动自由度是调节环可绕第一被动支路的第一万向副的第一根转动轴线转动，另一个转动自由度是调节环可绕第三被动支路的第三万向副的第一转动轴线转动；第一上转动副的轴线与第三被动支路第三上转动副的轴线的公垂线方向移动。
技术效果
与现有技术相比，本发明调节环能实现绕上述转动轴线的纯转动，而不产生伴随的移动；调节环能实现沿上述移动方向的纯移动，而不产生伴随的转动。由此可知该机构运动完全解耦，故其具有运动求解较、控制较易的优点。
由于含有比原有机构(3-PRS/3-SPS或3-PRS/3-SPS)更少的球铰副S，故其结构简单，制造精度要求可以降低，制造成本也可以降低。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为实施例尾喷管整体结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，图1示出六条分支和调节环M，尾喷管的其它部分未示出；如图2尾喷管整体结构图，其中：调节环M通过六个分支与机架F(即机匣)并联连接：
本实施例中：第一被动支路I中，第一万向副U1连接机架F与第一下连杆11，第一下转动副R1a连接第一下连杆11与第一上连杆12，第一上转动副R1b连接第一上连杆12与调节环M；
第二被动支路II中，第二万向副U2连接机架F与第二下连杆21，第二下转动副R2a连接第二下连杆21与第二上连杆22，第二上转动副R2b连接第二上连杆22与调节环M；
第三被动支路III中，第三下转动副R3a连接机架F与第三下连杆31，第三上转动副R3b连接第三下连杆31与第三上连杆32，第三万向副U3连接第三上连杆32与调节环M；
第一主动支路IV中，第一下球铰副S1a连接机架F与第四下连杆41，第一移动副P1连接第四下连杆41与第四上连杆42，第一上球铰副S1b连接第四上连杆42与调节环M；
第二主动支路V中，第二下球铰副S2a连接机架F与第五下连杆51，第二移动副P2连接第五下连杆51与第五上连杆52，第二上球铰副S2b连接第五上连杆52与调节环M；
第三主动支路VI中，第三下球铰副S3a连接机架F与第六下连杆61，第三移动副P3连接第六下连杆61与第六上连杆62，第三上球铰副S3b连接第六上连杆62与调节环M；其中各分支的运动副满足如下关系：
第一被动支路中第一万向副U1的第二根转动轴线、第一下转动副R1a、第一上转动副R1b转动副轴线相互平行；
第二被动支路中第二万向副U2的第二根转动轴线、第二下转动副R2a、第二上转动副R2b转动副轴线相互平行；
第三被动支路中的第三下转动副R3a、第三上转动副R3b转动副轴线以及第三万向副U3的第二根转动轴线相互平行；
第一被动支路中的第一万向副U1与第二被动支路中的第二万向副U2，以第三被动支路中的第三下转动副R3a为基准对称布置；
第一被动支路中第一万向副U1的第一根转动轴线与第三被动支路中第三下转动副R3a的轴线相互平行；
第一被动支路中第一上转动副R1b的轴线与第三被动支路中第三万向副U3的第一根转动轴线相互平行；
第一被动支路中第一万向副U1的第一根转动轴线与第二被动支路中第二万向副U2的第一根转动轴线共线；
第一被动支路中第一上转动副R1b的轴线平行于第二被动支路中第二上转动副R2b的轴线。
所述的第一至第三主动支路的三根移动副P1、P2、P3为主动副转动副；主动移动副的驱动是电机带动的丝杆机构或液压系统。
所述第一被动支路中第一万向副U1的第一根转动轴线、第二被动支路中第二万向副U2的第一根转动轴线以及第三被动支路中第三下转动副R3a的轴线均平行于机匣F所在的平面。

Claims (2)

1.一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构，包括：以机匣作为静平台，以调节环作为动平台，通过三个主动支路和三个被动支路组成的轴对称矢量喷管调节机构连接静平台与动平台，从而形成六支路的三自由度并联机构，其特征在于：第一、二被动支路包括：依次串联的万向副、下转动副、上转动副，其中：两个转动副轴线以及万向副的第二转动轴线相互平行；第三被动支路包括：依次串联的下转动副、上转动副、万向副，其中：万向副的第二转动轴线与两个转动副轴线相互平行；
所述的主动支路包括：依次串联的下球铰副、移动副以及上球铰副；三个主动支路以移动副作为主动副；该移动副的驱动是电机带动的丝杆机构或液压系统；
所述的调节环实现空间内的两个转动自由度和一个移动自由度，其中：第一转动自由度是调节环绕第一被动支路的万向副的第一转动轴线转动，第二转动自由度是调节环绕第三被动支路的万向副的第一转动轴线转动；一个移动自由度是调节环沿第一被动支路的上转动副的轴线与第三被动支路的上转动副的轴线的公垂线方向移动；
所述的第一被动支路的万向副与第二被动支路的万向副，以第三被动支路的下转动副为基准对称布置；
所述的第一被动支路的万向副的第一转动轴线与第三被动支路的下转动副的轴线相互平行；
所述的第一被动支路的上转动副的轴线与第三被动支路的万向副的第一转动轴线相互平行；
所述的第一被动支路的万向副的第一转动轴线与第二被动支路的万向副的第一转动轴线共线；
所述的第一被动支路的上转动副的轴线与第二被动支路的上转动副的轴线平行；
所述第一被动支路的万向副的第一转动轴线、第二被动支路的万向副的第一转动轴线以及第三被动支路的下转动副的轴线均平行于机匣所在的平面。
2.据权利要求1所述的机构，其特征是，所述的万向副拥有两个相互垂直的转动轴线，其中第一轴线为固定在机匣或调节环上的转动轴线，第二转动轴线为与第一轴线相垂直的转动轴线。
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