CN103603746B - 凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置，包括机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置；传动装置包括减速箱体、联轴器、转速可调的伺服电机、滚珠丝杠底座、滚珠丝杠、螺母滑块；活塞供给输运装置包括活塞套杆、活塞缸、活塞缸端部单向阀与活塞缸侧面单向阀；推进剂存储与输出装置包括过渡腔体和推进剂储箱，本发明利用伺服电机与滚珠丝杠作为动力装置，实现滑块带动活塞进行双向往复运动，并通过单向阀的开启与关闭，使储箱中的推进剂持续性的通过活塞缸注入过渡腔体；且能够通过调节伺服电机的转速，有效地控制推进剂的供给流量；零部件具有较好的互换性，可以满足不同推进剂或工况下的持续供给功能。

Description

凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置

技术领域

本发明属于火箭发动机技术领域，特别是一种凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置。

背景技术

凝胶（膏体）推进剂是一种新型的非固非液推进剂，属于非牛顿流体范畴，在安全方面、应用方面和储存方面有着不可比拟的优越性，是二十一世纪最有发展前景的特种推进剂之一，成为目前各国竞相研究的热点。凝胶膏体火箭发动机具有结构简单、具有较大的推力、较大的推力调节范围、工作时间较长、超高燃速、接近1的装填系数和可多次点火启动等优点，在导弹武器、航天运载、水下鱼雷和民用灭火装置等领域有着广泛的应用前景。前苏联的应用膏体推进剂，并增加了推进剂供给装置，装配于“喀秋莎”、“暴风雪”和“闪电”等型号的导弹，使射程增加了30%。

凝胶（膏体）火箭发动机的性能重要一方面取决于推进剂的质量和储量，持续性的供给推进剂可以提高凝胶（膏体）火箭发动机的工作时间、提高飞行器的飞行速度与飞行距离，凝胶（膏体）推进剂供给输运系统的设计是凝胶（膏体）火箭发动机的一个核心环节。从目前公开的文献看，凝胶（膏体）推进剂供给方案普遍采用泵压式和挤压式。凝胶推进剂采用泵压式，泵压式采取分离式储存两套装置，结构复杂易于雾化，往往应用于大推力发动机的推进剂输运供给方案；膏体推进剂采用挤压式，挤压式采用一体化储存一套装置，结构简单，推进剂端面燃烧，应用于小推力发动机的推进剂输运供给方案。但这两类的推进剂输运供给方案存在对流量可调范围小、流量控制不精确、推理小、结构较大复杂及推力小等缺点。

周超、鞠玉涛在《力学与实践》2008年第05期发表了“膏体推进剂供给系统新方案探索与初步验证”一文，依据膏体推进剂火箭发动机设计和膏体推进剂管道流动试验要求，提出一种膏体推进剂供给方案。该方案以变频电机作为驱动力，螺杆/螺母，减速器作为传动部件，并通过膏体推进剂管道流动实验，验证该方案的可行性。该方案可以满足对流量精确控制的要求，但是对于推进剂的持续性的供给要求无法满足，装置仅用于单一范围流变性下的膏体推进剂的供给，且应用范围仅在试验与原理性研究阶段。

如何保证推进剂的持续供给、如何控制推进剂注入流量以及如何合理的布置输运供给结构是如今凝胶（膏体）火箭发动机技术领域中亟待解决的重点问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有流量可调范围广、推力大、推进剂能持续性供给、结构紧凑，且能够满足多种推进剂及不同工况下的推进剂供给要求的凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置，包括机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置，机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置均设置在工作台上；传动装置包括减速箱体、联轴器、转速可调的伺服电机、滚珠丝杠底座、滚珠丝杠、螺母滑块；活塞供给输运装置包括活塞套杆、活塞缸、活塞缸端部单向阀与活塞缸侧面单向阀；推进剂存储与输出装置包括过渡腔体和推进剂储箱；在机械传动装置中，转速可调的伺服电机的电机轴通过联轴器固定连接减速箱体；减速箱体采用中心轴作为电机输入轴，中心轴与两边对称布置的输出轴通过一级圆柱齿轮传动；减速箱体输入轴和输出轴布置在减速器的同一侧；减速箱体的两个输出轴分别通过联轴器与两个滚珠丝杠紧固连接，两个滚珠丝杠在两个滚珠丝杠底座上转动连接，且轴向限位，两个滚珠丝杠旋向不同，转速可调的伺服电机设置于两个滚珠丝杠底座的中间空位槽内，两个滚珠丝杠上分别螺纹配合连接有螺母滑块，螺母滑块在滚珠丝杠底座的轴向上限位；活塞输运供给装置中，两个活塞套杆与两个螺母滑块固连；两个活塞缸与分别与两个滚珠丝杠底座固定连接；活塞缸端部单向阀和活塞缸侧面单向阀与活塞缸联通且紧固连接；两个活塞缸水平平行放置，活塞缸轴线与滚珠丝杠的轴线处于同一平面，且相互平行；推进剂存储与输出装置中，活塞缸端部单向阀与过渡腔体联通紧固连接，活塞缸侧面单向阀与两个活塞缸之间的推进剂储箱联通紧固连接；过渡腔体与推进剂储箱为整体结构，挡板将二者空间分隔。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明结构紧凑，通过简单的零件结合起来形成有效的运动部件；装置中的所有零件都是通过普通机加工获得，机加工精度较高，可保证装置的精确度，从而保证装置的一致性。

（2）本发明采用伺服电机，小导程滚珠丝杠作为动力传递系统，具有反应时间短、精度高的优点，能够实现推进剂注入流量的控制，满足发动机对推进剂供给量的要求。

（3）本发明由于采用了减速箱体，使得电机的选型更加普遍，合理的控制活塞滑动的速度，进而控制推进剂流量在一定范围内可变。

（4）本发明活塞数量和布置方式的设计，确保在装置工作时，两个活塞一个向过渡腔体注入推进剂，一个从储箱抽取推进剂，形成循环，从而保证时刻过渡腔体都有推进剂注入。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明减速箱体示意图。

图2是本发明机械传动装置与推进剂供给装置的侧视结构示意图。

图3是本发明机械传动装置与推进剂供给装置的俯视结构示意图。

图4是本发明推进剂供给装置与推进剂存储与输出装置的机构示意图。

图5是本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

结合图1～图5：

一种凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置，包括机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置，机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置均设置在工作台上；传动装置包括减速箱体1、联轴器2、转速可调的伺服电机3、滚珠丝杠底座4、滚珠丝杠5、螺母滑块6；活塞供给输运装置包括活塞套杆7、活塞缸8、活塞缸端部单向阀9与活塞缸侧面单向阀10；推进剂存储与输出装置包括过渡腔体11和推进剂储箱12；在机械传动装置中，转速可调的伺服电机3的电机轴通过联轴器2固定连接减速箱体1；减速箱体1采用中心轴作为电机输入轴，中心轴与两边对称布置的输出轴通过一级圆柱齿轮传动；减速箱体1输入轴和输出轴布置在减速器的同一侧；减速箱体1的两个输出轴分别通过联轴器2与两个滚珠丝杠5紧固连接，两个滚珠丝杠5在两个滚珠丝杠底座4上转动连接，且轴向限位，两个滚珠丝杠5旋向不同，转速可调的伺服电机3设置于两个滚珠丝杠底座4的中间空位槽内，两个滚珠丝杠5上分别螺纹配合连接有螺母滑块6，螺母滑块6在滚珠丝杠底座4的轴向上限位；活塞输运供给装置中，两个活塞套杆7与两个螺母滑块6固连；两个活塞缸8与分别与两个滚珠丝杠底座4固定连接；活塞缸端部单向阀9和活塞缸侧面单向阀10与活塞缸8联通且紧固连接；两个活塞缸8水平平行放置，活塞缸8轴线与滚珠丝杠5的轴线处于同一平面，且相互平行；推进剂存储与输出装置中，活塞缸端部单向阀9与过渡腔体11联通紧固连接，活塞缸侧面单向阀10与两个活塞缸8之间的推进剂储箱12联通紧固连接；过渡腔体11与推进剂储箱12为整体结构，挡板将二者空间分隔。

滚珠丝杠5通过滚动轴承连接在滚珠丝杠底座4轴向的通孔上。

螺母滑块6与活塞套杆7通过螺纹固连。

两个滚珠丝杠底座4以其对称面为基准面，加工对称的空槽，滚珠丝杠5对称安置于滚珠丝杠底座4的空槽内。

活塞缸端部单向阀9和活塞缸侧面单向阀10与活塞缸8使用螺纹紧固连接。

活塞缸端部单向阀9与过渡腔体11采用螺纹紧固连接；活塞缸侧面单向阀10与推进剂储箱12采用螺纹紧固连接。

其工作原理为：如附图1～图5所示，螺母滑块6沿着滚珠丝杠5的水平移动，带动活塞套杆7相对于活塞缸进行推进与拉拔运动。

随后定义甲种工作效果与乙种工作效果。甲种工作效果是本发明装置的主要工作，即为活塞套杆7做推进运动，将活塞缸8内的推进剂通过活塞缸端部单向阀9注入过渡腔体11；乙种工作效果是完成推进剂添加，推进剂储箱12内的推进剂，在活塞套杆7做拉拔运动时，通过活塞缸侧面单向阀10注入活塞缸8。

活塞套杆7在本发明装置工作时二者同时运动，某一活塞套杆7做推进运动，活塞缸端部单向阀9开启，活塞缸侧面单向阀10关闭，完成甲种工作效果；与此同时，另一活塞套杆7做拉拔运动，活塞缸端部单向阀9关闭，活塞缸侧面单向阀10开启，完成乙种工作效果。当甲乙工作效果完成后，通过控制转速可调的伺服电机3的正转与反转，则之前完成甲种工作效果的活塞套杆7与活塞缸8开始进行乙种工作效果的任务，而与此同时完成乙种工作效果的活塞套杆7与活塞缸8开始进行甲种工作效果的任务。这样，就形成了将推进剂储箱12中的推进剂持续性的供给给过渡腔体11，即时刻都有某一个缸在完成甲种工作效果，即为推进剂供给于过渡腔体11的工作，通过调节转速可调的伺服电机3转速，可以控制活塞套杆7的运动速度，进而控制推进剂的供给流量。

最终形成的效果是：时刻保证两个活塞缸必有其中的一个完成注入推进剂的工作，一个完成从储箱抽取推进剂的工作；通过调节转速可调的伺服电机3转速可以控制推进剂注入的流量大小。这样能克服以往专利发明无法持续输出推进剂的缺点，并且保证了推进剂流量的调节。

图1为减速箱体的结构示意图，主要的作用为：使电机、滚珠丝杠的选用范围更加广，降低装置成本，并且通过不同电机的选型可以匹配多种推进剂或不同工况下的工作要求；降低转速可调的伺服电机3输出的转速，避免出现滚珠丝杠5转速过高，导致装置振动过大、螺母滑块6回程反应时间过短等缺点，提高装置的工作寿命；采用单侧双轴输出，作为双活塞匹配完成甲乙工作效果的基础，是保证本发明推进剂持续供给的基础。

Claims (1)

1.一种凝胶膏体火箭发动机推进剂的持续供给装置，其特征在于，包括机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置，机械传动装置，活塞供给输运装置以及推进剂存储与输出装置均设置在工作台上；传动装置包括减速箱体(1)、联轴器(2)、转速可调的伺服电机(3)、滚珠丝杠底座(4)、滚珠丝杠(5)、螺母滑块(6)；活塞供给输运装置包括活塞套杆(7)、活塞缸(8)、活塞缸端部单向阀(9)与活塞缸侧面单向阀(10)；推进剂存储与输出装置包括过渡腔体(11)和推进剂储箱(12)；在机械传动装置中，转速可调的伺服电机(3)的电机轴通过联轴器(2)固定连接减速箱体(1)；减速箱体(1)采用中心轴作为电机输入轴，中心轴与两边对称布置的输出轴通过一级圆柱齿轮传动；减速箱体(1)输入轴和输出轴布置在减速器的同一侧；减速箱体(1)的两个输出轴分别通过联轴器(2)与两个滚珠丝杠(5)紧固连接，两个滚珠丝杠(5)在两个滚珠丝杠底座(4)上转动连接，且轴向限位，两个滚珠丝杠(5)旋向不同，转速可调的伺服电机(3)设置于两个滚珠丝杠底座(4)的中间空位槽内，两个滚珠丝杠(5)上分别螺纹配合连接有螺母滑块(6)，螺母滑块(6)在滚珠丝杠底座(4)的轴向上限位；活塞输运供给装置中，两个活塞套杆(7)与两个螺母滑块(6)固连；两个活塞缸(8)分别与两个滚珠丝杠底座(4)固定连接；活塞缸端部单向阀(9)和活塞缸侧面单向阀(10)与活塞缸(8)联通且紧固连接；两个活塞缸(8)水平平行放置，活塞缸(8)轴线与滚珠丝杠(5)的轴线处于同一平面，且相互平行；推进剂存储与输出装置中，活塞缸端部单向阀(9)与过渡腔体(11)联通紧固连接，活塞缸侧面单向阀(10)与两个活塞缸(8)之间的推进剂储箱(12)联通紧固连接；过渡腔体(11)与推进剂储箱(12)为整体结构，挡板将二者空间分隔；所述的滚珠丝杠(5)通过滚动轴承连接在滚珠丝杠底座(4)轴向的通孔上；所述的螺母滑块(6)与活塞套杆(7)通过螺纹固连；所述的两个滚珠丝杠底座(4)以其对称面为基准面，加工对称的空槽，滚珠丝杠(5)对称安置于滚珠丝杠底座(4)的空槽内；所述的活塞缸端部单向阀(9)和活塞缸侧面单向阀(10)与活塞缸(8)使用螺纹紧固连接；所述的活塞缸端部单向阀(9)与过渡腔体(11)采用螺纹紧固连接；活塞缸侧面单向阀(10)与推进剂储箱(12)采用螺纹紧固连接。