CN106286013B - 电动柱塞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柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，阀体为圆柱结构，发动机端盖与喷管在结构上为一体（在具体工程应用中，可采用螺纹连接）。电机位于发动机端盖上，电机与传动轴采用联轴器连接（图中省略联轴器）。传动轴与传动杆采用螺纹传动，传动杆与柱塞阀采用螺钉连接。喷管与柱塞阀呈垂直布局，喷管侧面开有圆柱孔。电机转动带动柱塞阀在圆柱孔内往返滑动，调节喷管的喉部面积，柱塞阀与喷管侧面圆柱孔有密封圈密封。本发明结构简单、本发明结构简单、控制精确、工作可靠、成本较低、具有良好的可实现性。

Description

电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置
技术领域
本发明属于固体火箭冲压发动机燃气流量调节技术领域，具体是一种电动柱塞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、旋转滑盘阀、锥阀等多种。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、工作可靠、控制精确、成本低廉的电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置。
实现本发明的技术解决方案为：一种电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，包括电机、喷管、密封圈、柱塞阀、传动杆、连接螺钉、传动轴、发动机端盖和燃烧室；电机固定在发动机端盖上，且电机轴与端盖面平行，电机与传动轴同轴固连，传动杆的中部开有与传动轴配合的螺纹孔，传动轴穿过该螺纹孔与传动杆螺纹传动，传动杆两端均与一个柱塞阀通过螺钉连接，柱塞阀与传动杆垂直，两个喷管以电机的轴线为轴对称固定在发动机端盖上，并与燃烧室连通；喷管喉部的一侧开有垂直于喷管轴线的孔，柱塞阀穿过该孔进入喷管喉部，柱塞阀的顶端可在喷管的喉部处垂直于喉部运动，柱塞阀与孔之间通过密封圈密封。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）本发明与锥型阀流量调节机构相比，其传动机构位于发动机燃烧室外面，有利于进行点火实验，有利于调节装置的后续改进。
（2）本发明中柱塞阀的抗烧蚀性能比锥形阀的抗烧蚀性能好，喉部面积调节比相对比较大。
（3）本发明传动机构相对简单，工作可靠，其调节方式更容易实现。
附图说明
图1是本发明电动柱塞阀式火箭冲压发动机燃气流量调节装置剖面图。
图2是本发明电动柱塞阀式火箭冲压发动机燃气流量调节装置剖面图局部放大图。
图3是本发明电动柱塞阀式火箭冲压发动机燃气流量调节装置左视图。
图4是本发明电动柱塞阀式火箭冲压发动机燃气流量调节装置左视图局部放大图。
具体实施方式
本发明电动柱塞阀式火箭冲压发动机燃气流量调节装置，阀体为圆柱结构，发动机端盖与喷管在结构上为一体（在具体工程应用中，可采用螺纹连接）。电机位于发动机端盖上，电机与传动轴采用联轴器连接（图中省略联轴器）。传动轴与传动杆采用螺纹传动，传动杆与柱塞阀采用螺钉连接。喷管与柱塞阀呈垂直布局，喷管侧面开有圆柱孔。电机转动带动柱塞阀在圆柱孔内往返滑动，调节喷管的喉部面积，柱塞阀与喷管侧面圆柱孔有密封圈密封。具体包括步进电机、喷管、密封圈、柱塞阀、传动杆、连接螺钉、传动轴、发动机端盖、燃烧室。步进电机固定在发动机端盖某一直径上，步进电机与传动轴采用联轴器同轴固连（图中联轴器省略），传动轴与传动杆采用螺纹传动，传动杆与柱塞阀用螺钉连接，柱塞阀穿过喷管侧面圆柱孔，柱塞阀与圆柱孔之间有密封圈。喷管侧面圆柱孔与喷管轴线呈垂直布局，柱塞阀穿过圆柱孔垂直于喷管轴线，活动的柱塞阀与喷管构成固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置。以步进电机、喷管、密封圈、发动机端盖等零件的组合体作为火箭冲压发动机的端盖（亦为喷管），调节火箭冲压发动机的燃气流量。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1和图3，本发明涉及一种电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，包括步进电机1、喷管2、密封圈3、柱塞阀4、传动杆5、连接螺钉6、传动轴7、发动机端盖8、燃烧室9；步进电机1固定在发动机端盖8上，且电机轴与端盖面平行，步进电机1与传动轴7同轴固连，传动轴7与传动杆5采用螺纹传动，传动杆5与柱塞阀4用螺钉6连接，喷管2固定在端盖上、位于电机的一侧，喷管2喉部开有垂直于喷管轴线的圆柱孔，柱塞阀4穿过该圆柱孔，柱塞阀4与圆柱孔之间通过密封圈密封，在电机的另一侧对称布置有喷管和柱塞阀，传动和连接方式也相同。以步进电机1、喷管2、密封圈3、柱塞阀4、传动杆5、连接螺钉6、传动轴7和发动机端盖8等零件的组合体作为火箭冲压发动机的端盖亦为喷管，调节火箭冲压发动机的燃气流量。
实施例：
结合图1和图3，一种电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，包括步进电机1、喷管2、密封圈3、柱塞阀4、传动杆5、连接螺钉6、传动轴7、发动机端盖8、燃烧室9；步进电机1固定在发动机端盖8上，且电机轴与端盖面平行，步进电机1与传动轴7同轴固连，传动轴7与传动杆5采用螺纹传动，传动杆5与柱塞阀4用螺钉6连接，喷管2固定在端盖上、位于电机的一侧，喷管2喉部开有垂直于喷管轴线的圆柱孔，柱塞阀4穿过该圆柱孔，柱塞阀4与圆柱孔之间通过密封圈密封，在电机的另一侧对称布置有喷管和柱塞阀，传动和连接方式也相同。点火实验时，还应在燃烧室9上开测压孔，并装上传感器。
进行点火实验时，步进电机1接受控制器发出的指令而转动，带动电机轴固连的传动轴7转动；通过螺纹传动机构，传动轴7的转动带动传动杆5的上下运动；传动杆5的上下运动将带动两侧与其固连的柱塞阀4的上下运动，柱塞阀4的上下运动即可改变喷管2喉部的有效面积。喷管喉部有效面积的变化可以改变燃烧室9内的压力和推进剂燃速，达到控制燃气流量的效果。
当柱塞阀4的运动呈现一定的运动规律时，喷管喉部的有效面积也呈现一定的变化规律，从而达到随机调节燃烧室压强与燃气流量的目的。由压力传感器为燃气流量调节闭环控制系统提供反馈信号，当需要增大（或减小）燃气流量时，由步进电机1控制柱塞阀4向下（或向上）运动，此时通过位移量可以精确计算出喉部面积。喷管喉部有效面积减小（或增大）时，燃烧室9内部压强增大（或减小），推进剂燃速增大（或减小），从而使燃气流量也增大（或减小）。

Claims (2)

1.一种电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：包括电机（1）、喷管（2）、密封圈（3）、柱塞阀（4）、传动杆（5）、连接螺钉（6）、传动轴（7）、发动机端盖（8）和燃烧室（9）；电机（1）固定在发动机端盖（8）上，且电机轴与端盖面平行，电机（1）与传动轴（7）同轴固连，传动杆（5）的中部开有与传动轴（7）配合的螺纹孔，传动轴（7）穿过该螺纹孔与传动杆（5）螺纹传动，传动杆（5）两端均与一个柱塞阀（4）通过连接螺钉（6）连接，柱塞阀（4）与传动杆（5）垂直，两个喷管（2）以电机（1）的轴线为轴对称固定在发动机端盖（8）上，并与燃烧室（9）连通；喷管（2）喉部的一侧开有垂直于喷管（2）轴线的孔，柱塞阀（4）穿过该孔进入喷管（2）喉部，柱塞阀（4）的顶端可在喷管（2）的喉部处垂直于喉部运动，柱塞阀（4）与孔之间通过密封圈密封。
2.根据权利要求1所述的电动柱塞阀式固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置，其特征在于：所述喷管（2）为拉瓦尔喷管。
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