CN103410632B - 电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，驱动电机固定于连接箱体上，联轴器一端与电机的轴固连，另一端滑孔内装有滑块，滑块通过拉压力传感器与阀杆固连，传动螺母固连于固体燃气发生器，阀杆穿过传动螺母，且与传动螺母螺纹配合，锥形阀头与阀杆通过螺纹固连，伸入燃气发生器的喷管内，燃气发生器设有内壳结构，内壳中空，内壳装有阀杆，阀杆与燃气发生器之间装有衬套，阀杆靠近锥形阀头的一端周向设有环形槽，槽内设置有动密封件，燃气发生器后封头安装有压力传感器；本发明结构简单、体积小、工作可靠、烧蚀影响弱、成本低，能够精确控制。
Description
技术领域
本发明属于固体火箭冲压发动机领域，特别是一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置。
背景技术
固体火箭冲压发动机兼有冲压发动机和火箭发动机的优点，具有比冲高、体积小、重量轻、结构紧凑、工作可靠、成本较低等优点。为保证发动机具有最佳的工作性能和良好的推力调节能力，固体火箭冲压发动机应进行燃气流量调节。目前关于燃气流量调节的方案主要有固定流量式、壅塞式、非壅塞式和漩涡阀式四种。流量调节阀通常采用的构型有柱塞滑阀、旋转凸轮阀、旋转盘阀、锥阀等多种。针阀锥体的存在利用改善燃气速度的均匀性，助于燃气的扩散，提高了与空气掺混燃烧效果，提升了发动机的性能。传统控制系统采用的传动机构一般有液压传动、机电传动、气压传动。根据工作环境及工作特点，电机传动和气压传动优于液压传动。
目前壅塞式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置普遍采用电动滑盘阀或气动式针阀装置。鲍文、牛文玉等的一种用于固体火箭冲压发动机的燃气流量调节器（专利号200810075649.4）提出一种气动针阀型燃气流量调节阀的固体火箭冲压发动机的燃气流量调节系统，它主要是依靠阀头腔室压力，驱动阀头运动来调节燃气流量。虽然结构简单、响应速度快，但需要增加一个气源设备，占地空间较大，由于气体容易出现泄漏，在调节燃气流量的过程中，并不容易达到精确控制。西北工业大学王毅林提出了一种喷管与燃烧室成90度的非同轴针阀型燃气流量调节系统，虽然喉栓杆易密封和热防护容易实现，但实验系统体积大，不能达到精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、工作可靠、烧蚀影响弱、成本低，能够精确控制的电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，驱动电机固定于连接箱体上，联轴器一端与电机的轴固连，另一端滑孔内装有滑块，滑块通过拉压力传感器与阀杆固连，传动螺母固连于固体燃气发生器，阀杆穿过传动螺母，且与传动螺母螺纹配合，锥形阀头与阀杆通过螺纹固连，伸入燃气发生器的喷管内，燃气发生器设有内壳结构，内壳中空，内壳装有阀杆，阀杆与燃气发生器之间装有衬套，阀杆靠近锥形阀头的一端周向设有环形槽，槽内设置有动密封件，燃气发生器后封头安装有压力传感器。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
1、本发明结构简单，通过滑块、联轴器、传动螺母将旋转运动转换为直线运动，结构紧凑，简单易实现，体积小。
2、本发明的阀杆与燃烧室内壳之间阀杆与燃烧室内壳之间有衬套形成空腔，并采用密封石墨线和密封活塞环进行密封，保证了系统在高温、高压和高速气体流动环境下工作密封的可靠性。
3、本发明采用材料为钨渗铜的两节分段的锥形阀头，通过阀头直线运动利用第二节圆锥调节喷管喉面，有效增大喉部直径和阀头直径，有利于增大阀头强度和刚度以及锥形阀头在高温、高压、高速流动环境下的烧蚀性，保证调节精度。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置的结构示意图。
图2是本发明电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置的两节锥形阀头结构示意图。
图3是本发明电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置的联轴器结构示意图。
具体实施方式
本发明一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，驱动电机1固定于连接箱体2上，联轴器3一端与电机1的轴固连，另一端滑孔内装有滑块4，滑块4通过拉压力传感器5与阀杆7固连，传动螺母6固连于固体燃气发生器10，阀杆7穿过传动螺母6，且与传动螺母6螺纹配合，锥形阀头11与阀杆7通过螺纹固连，伸入燃气发生器10的喷管内，燃气发生器10设有内壳结构，内壳中空，内壳装有阀杆7，阀杆7与燃气发生器10之间装有衬套8，阀杆7靠近锥形阀头11的一端周向设有环形槽，槽内设置有动密封件9，燃气发生器10后封头安装有压力传感器12。
所述的联轴器3一端设有方形滑孔，滑块4为方形，设置装在方形滑孔内。
所述的衬套8为圆筒形结构，设置于燃气发生器10内壳，衬套8两端凸出，凸出为环形结构，环形结构直径与燃气发生器10内壳的直径相同，衬套8与燃气发生器10之间形成环形中空腔体。
所述的阀杆7靠近锥形阀头11一端的直径大于另一端，阀杆7与衬套8之间形成中空腔体。
所述的锥形阀头11是采用钨渗铜材料制成的两节锥体结构。
所述的锥形阀头11一端周向设置三个环形槽，密封件9包括高温密封石墨线和两组密封活塞环，从靠近锥形阀头11一端开始依次在环形槽中设置两组密封活塞环和密封石墨线。
所述的两组密封活塞环为有自由开口的弹性环，两组密封活塞环的自由开口呈180°设置。
工作原理：
工作时，驱动电机1接受控制指令转动，带动与电机轴固连的联轴器3和滑块4转动，传动螺母6固定于燃气发生器10上保持不动，旋转运动由传动螺母6和阀杆7上的丝杠以联轴器3为导轨转换为直线运动，滑块4在联轴器3内部既传递转动同时也做直线运动。阀杆7带动阀头直线运动，利用第二级锥台侧面改变了喷管喉部面积，进而改变燃气发生器10压力和推进剂燃速，达到控制燃气流量的效果。拉压力传感器5和压力传感器12为实现流量调节闭环控制提供反馈信号。需要增加燃气流量时，由驱动电机1控制锥形阀头11的向喉部面积减小的方向移动，此时通过位移量可以精确计算出喉部面积，喷管喉部面积减少，燃气发生器10内部压强增大，推进剂燃速加大从而增大燃气流量，根据压力传感器12压强信号和计算的喉面提供燃气流量反馈量控制驱动电机1转动或反之。
实施例：
一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，驱动电机1固定于连接箱体2上，联轴器3一端与电机1的轴固连，另一端的方形滑孔内装有方形滑块，方形滑块通过拉压力传感器5与阀杆7固连，传动螺母6固连于固体燃气发生器10，阀杆7穿过传动螺母6，且与传动螺母6螺纹配合，锥形阀头11与阀杆7通过螺纹固连，伸入燃气发生器10的喷管内，燃气发生器10设有内壳结构，内壳中空，内壳装有阀杆7，阀杆7与燃气发生器10之间装有衬套8，衬套8为圆筒形结构，设置于燃气发生器10内壳，衬套8两端凸出，凸出为环形结构，环形结构直径与燃气发生器10内壳的直径相同，衬套8与燃气发生器10之间形成环形中空腔体，阀杆7靠近锥形阀头11一端的直径大于另一端，阀杆7与衬套8之间形成中空腔体，且阀杆7靠近锥形阀头11的一端周向设有三个环形槽，槽内设置有动密封件9，密封件9包括高温密封石墨线和两组密封活塞环，从靠近锥形阀头11一端开始依次在环形槽中设置两组密封活塞环和密封石墨线，两组密封活塞环为有自由开口的弹性环，两组密封活塞环的自由开口呈180°设置，燃气发生器10后封头安装有压力传感器12。
工作过程：
驱动电机1工作，带动联轴器3转动，此时装在联轴器3的滑块4既做旋转运动也做直线运动，旋转运动通过拉压传感器5传递给阀杆7，传动螺母6和阀杆7为螺纹配合，由于传动螺母6固定，使得阀杆7的旋转运动转换位直线运动，此时阀杆7既做旋转运动也做直线运动，锥形阀头11与阀杆7固连，锥形阀头11做直线运动。锥形阀头11在燃气发生器10的喷管的直线运动改变燃气发生器10的喷管喉部面积，从而改变燃气流量。
实施过程中需要注意的是，必须确保锥形阀头和喷管的同轴度以及偏角。这样不仅保证调节的精确度还保证了锥形阀头不会在调节过程中折断。
Claims (7)
1.一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：驱动电机(1)固定于连接箱体(2)上，联轴器(3)一端与电机(1)的轴固连，另一端滑孔内装有滑块(4)，滑块(4)通过拉压力传感器(5)与阀杆(7)固连，传动螺母(6)固连于固体燃气发生器(10)，阀杆(7)穿过传动螺母(6)，且与传动螺母(6)螺纹配合，锥形阀头(11)与阀杆(7)通过螺纹固连，伸入燃气发生器(10)的喷管内，燃气发生器(10)设有内壳结构，内壳中空，内壳装有阀杆(7)，阀杆(7)与燃气发生器(10)之间装有衬套(8)，阀杆(7)靠近锥形阀头(11)的一端周向设有环形槽，槽内设置有动密封件(9)，燃气发生器(10)后封头安装有压力传感器(12)。
2.根据权利要求1所述的一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述的联轴器(3)一端设有方形滑孔，滑块(4)为方形，设置装在方形滑孔内。
3.根据权利要求1所述的一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述的衬套(8)为圆筒形结构，设置于燃气发生器(10)内壳，衬套(8)两端凸出，凸出为环形结构，环形结构直径与燃气发生器(10)内壳的直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述的阀杆(7)靠近锥形阀头(11)一端的直径大于另一端。
5.根据权利要求1所述的一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述的锥形阀头(11)是采用钨渗铜材料制成的两节锥体结构。
6.根据权利要求1所述的一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述的锥形阀头(11)一端周向设置三个环形槽，动密封件(9)包括高温密封石墨线和两组密封活塞环，从靠近锥形阀头(11)一端开始依次在环形槽中设置两组密封活塞环和密封石墨线。
7.根据权利要求6所述的一种电动锥阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述的两组密封活塞环为有自由开口的弹性环，两组密封活塞环的自由开口呈180°设置。
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