CN106976550A - 一种飞行器燃气舵与空气舵联动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器燃气舵与空气舵联动机构。该机构包括：燃烧室、喷管、喷管外罩、滚珠丝杠传动机构、燃气舵偏转机构、空气舵偏转机构，伺服电机转子通过联轴器与丝杠联接，丝杠转动驱动丝杠螺母直线运动，带动作动杆和活塞作动器控制燃气舵和空气舵联动偏转，偏转角度接近一致；电机固定架与丝杠支撑架通过弧形面与喷管外罩内表面重合固定，丝杠螺母与空气舵之间以缸筒活塞结构配合传动。本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构的结构简便，机械传动稳定，舵片呈十字型布局，舵机可灵活操纵舵片偏转，燃气舵与空气舵联动偏转，极大提高飞行器操纵效率，四组相互独立的燃气舵与空气舵联动可快速调整飞行器的飞行姿态，极大提高飞行器的机动性。

Description

一种飞行器燃气舵与空气舵联动机构

技术领域

本发明属于飞行器姿态控制技术领域，特别是一种飞行器燃气舵与空气舵联动机构。

背景技术

当今世界，各种飞行器层出不穷，这些飞行器在空气或外太空中按照预定轨迹飞行总离不开自身的姿态控制系统。采用舵翼姿态控制是飞行器姿态控制方式中很重要的一种，现有的飞行器很多采用空气舵进行简易姿态控制，但是这种方式仅靠空气提供动力，效率很低，并且存在结构复杂、响应速度慢且受飞行高度影响等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具空气动力控制的空气舵与推力矢量控制的燃气舵的联动机构，以滚珠丝杠传动方式同时控制二者的偏转角度，产生推力偏转和空气动力偏转，实现飞行器飞行姿态快速调节的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种飞行器燃气舵与空气舵联动装置，包括燃烧室、喷管、喷管外罩、滚珠丝杠传动机构、燃气舵偏转机构、空气舵偏转机构；

所述燃烧室、喷管、喷管外罩采用螺纹联接，保证联接强度和装置气密性；

所述滚珠丝杠传动机构包括伺服电机、联轴器、丝杠、丝杠螺母、电机固定架、丝杠支撑架，伺服电机转子与丝杠通过联轴器联接，电机转子转动带动丝杠转动，丝杠螺母与丝杠采用螺纹配合，将丝杠的转动转换成丝杠螺母的直线运动；

所述燃气舵偏转机构包括作动杆、凸轮、燃气舵支座、锁钉、燃气舵片，作动杆一端与丝杠螺母表面上的圆柱体构成转动副联接，另一端与凸轮上的圆柱体构成转动副联接，燃气舵片通过舵片翼根处圆柱连接杆上的螺纹与凸轮上的螺纹孔刚性联接，燃气舵片连接杆后半部分伸入燃气舵支座上的通孔内构成转动副，燃气舵支座底端设置螺纹孔，燃气舵片与燃气舵支座通过锁钉螺纹联接，限制燃气舵片连接杆轴向位置；

所述空气舵偏转机构包括活塞销、活塞筒、空气舵片，活塞销的一端与丝杠螺母上的圆柱体构成转动副，另一端伸入活塞筒内构成活塞作动器，活塞筒下端为与活塞筒轴线相垂直的一圆柱体，圆柱体内有一方形槽，空气舵片翼根联接圆柱插入喷管外罩筒壁上的通孔内，尾部加工成与活塞筒上方形槽相匹配的方柱，伸入方形槽内，与活塞筒刚性联接；

所述伺服电机带动丝杠转动，转化为丝杠螺母的直线运动，丝杠螺母通过两个转动副带动作动杆与活塞销运动，同时作动杆与活塞作动器带动燃气舵与空气舵联动偏转，通过作用在舵片上的气动力作用改变飞行器姿态。

进一步地，所述喷管与燃烧室联接处、喷管与喷管外罩联接处分别加工有凸台，喷管外形采用弧形相切表面过渡。

进一步地，所述伺服电机设置在电机固定架下方圆筒内，用螺钉固定于筒壁上，电机固定架上表面加工为与喷管外罩内表面重合的弧形面，以三个螺钉重合固定于喷管外罩内表面上，丝杠另一端设置于丝杠支撑架下方圆筒内，丝杠支撑架对丝杠起支撑作用，限制丝杠轴线位置，而不限制丝杠周向转动。

进一步地，所述燃气舵支座底部设置两个螺纹孔，通过螺钉固连在喷管外罩后壁面上；燃气舵舵片底部截面与凸轮面重合，相切于喷管出口外圆，燃气舵支座外表面为与喷管外罩外表面相切的弧形面。

进一步地，所述作动杆上表面初始位置与丝杠轴线平行，活塞作动器的作动筒轴线的初始位置与丝杠轴线垂直。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用了燃气舵与空气舵联动结构，对飞行器姿态调整的响应速度更快，结构更为简便，各零件间的配合更为简单，机械传动更加稳定；(2)测量空气舵和燃气舵偏转角度大小只需测量活塞作动器轴线和凸轮中心线的偏转角度，从而据此推断出打舵度数和方向所对应的电机转数和方向，对舵片偏转的控制更为简单直接，且精确度较高；(3)舵片呈十字型布局，舵机可灵活操纵舵片偏转，燃气舵与空气舵联动偏转，极大提高飞行器操纵效率，四组相互独立的燃气舵与空气舵联动可快速调整飞行器的飞行姿态，极大提高飞行器的机动性；(4)通过一组滚珠丝杠传动机构带动燃气舵与空气舵的联动偏转，采用缸筒活塞结构作为空气舵的作动器，结构更为简单，机械传动更为平稳，采用一组电机固定架和丝杠支撑架，在不占用过多空间的情况下保证整个传动机构固定良好。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构的总体示意图。

图2是本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构的内部结构图。

图3是本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构的机械传动图。

具体实施方式

本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构，

本发明飞行器燃气舵与空气舵联动装置，包括燃烧室1、喷管2、喷管外罩3、滚珠丝杠传动机构、燃气舵偏转机构、空气舵偏转机构；

所述燃烧室1、喷管2、喷管外罩3采用螺纹联接，保证联接强度和装置气密性；

所述滚珠丝杠传动机构包括伺服电机5、联轴器6、丝杠7、丝杠螺母8、电机固定架4、丝杠支撑架9，伺服电机5转子与丝杠7通过联轴器6联接，电机转子转动带动丝杠7转动，丝杠螺母8与丝杠7采用螺纹配合，将丝杠7的转动转换成丝杠螺母8的直线运动；

所述燃气舵偏转机构包括作动杆10、凸轮11、燃气舵支座14、锁钉13、燃气舵片12，作动杆10一端与丝杠螺母8表面上的圆柱体构成转动副联接，另一端与凸轮11上的圆柱体构成转动副联接，燃气舵片12通过舵片翼根处圆柱连接杆上的螺纹与凸轮11上的螺纹孔刚性联接，燃气舵片12连接杆后半部分伸入燃气舵支座14上的通孔内构成转动副，燃气舵支座14底端设置螺纹孔，燃气舵片12与燃气舵支座14通过锁钉13螺纹联接，限制燃气舵片12连接杆轴向位置；

所述空气舵偏转机构包括活塞销16、活塞筒15、空气舵片17，活塞销16的一端与丝杠螺母8上的圆柱体构成转动副，另一端伸入活塞筒15内构成活塞作动器，活塞筒15下端为与活塞筒轴线相垂直的一圆柱体，圆柱体内有一方形槽，空气舵片17翼根联接圆柱插入喷管外罩3筒壁上的通孔内，尾部加工成与活塞筒15上方形槽相匹配的方柱，伸入方形槽内，与活塞筒15刚性联接；

所述伺服电机5带动丝杠7转动，转化为丝杠螺母8的直线运动，丝杠螺母8通过两个转动副带动作动杆10与活塞销16运动，同时作动杆10与活塞作动器带动燃气舵与空气舵联动偏转，通过作用在舵片上的气动力作用改变飞行器姿态。

进一步地，所述喷管2与燃烧室1联接处、喷管2与喷管外罩3联接处分别加工有凸台，喷管2外形采用弧形相切表面过渡。

进一步地，所述伺服电机5设置在电机固定架4下方圆筒内，用螺钉固定于筒壁上，电机固定架4上表面加工为与喷管外罩3内表面重合的弧形面，以三个螺钉重合固定于喷管外罩3内表面上，丝杠7另一端设置于丝杠支撑架9下方圆筒内，丝杠支撑架9对丝杠7起支撑作用，限制丝杠7轴线位置，而不限制丝杠7周向转动。

进一步地，所述燃气舵支座14底部设置两个螺纹孔，通过螺钉固连在喷管外罩3后壁面上；燃气舵12舵片底部截面与凸轮11面重合，相切于喷管2出口外圆，燃气舵支座14外表面为与喷管外罩3外表面相切的弧形面。

进一步地，所述作动杆10上表面初始位置与丝杠7轴线平行，活塞作动器的作动筒轴线的初始位置与丝杠7轴线垂直。

工作过程如下：伺服电机5固定在电机固定架4下方的圆筒内，电机固定架4再通过上方弧形面重合固定于喷管外罩3内表面上，丝杠7一端伸入丝杠支撑架9下方圆筒内，构成转动副，丝杠支撑架9通过上方弧形面重合固定于喷管外罩3内表面上。电机转子通过联轴器6与丝杠7联接，驱动丝杠7转动，由于滚珠丝杠自身特性，丝杠7转动转化为丝杠螺母的直线运动，丝杠螺母通过两个转动副带动作动杆10和活塞作动器运动，作动杆10的初始位置为杆上表面平行于丝杠轴线，活塞作动器初始位置为活塞运动轴线垂直于丝杠轴线，作动杆10一端的圆筒与凸轮上的圆柱体构成转动副，燃气舵片12通过螺纹联接固连在凸轮11上，其翼根轴与燃气舵支座14上的通孔构成转动副，空气舵片17通过翼根轴上的方柱与活塞作动器的作动筒下部刚性联接，作动杆10和活塞作动器的运动带动燃气舵和空气舵的联动偏转，偏转角度接近一致。燃气舵片12的偏转改变喷口燃气射流方向从而改变推力矢量方向，空气舵片17的偏转对来流空气造成阻力从而改变空气对舵片的压力方向，燃气舵与空气舵采用十字型布局，四组燃气舵和空气舵传动机构相互独立，各种组合的燃气舵与空气舵偏转迫使飞行器快速改变飞行姿态和方向。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

结合图1、图2：

本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构，包括燃烧室1，喷管2，喷管外罩3，燃烧室1后部内表面和喷管外罩3前部内表面都加工有一段螺纹，

喷管2前部外圆也加工为螺纹，中间有一环形凸台，凸台上表面为与燃烧室1和喷管外罩3外表面等半径的圆环面，凸台前后分别与燃烧室1和喷管外罩3进行螺纹联接，以保证装置的联接强度和气密性良好，凸台的作用是隔开喷管2与燃烧室1和喷管外罩3的螺纹联接，防止两段螺纹联接相互干涉。

再结合图3：

本发明飞行器燃气舵与空气舵联动机构，包括滚珠丝杠传动机构、燃气舵偏转机构、空气舵偏转机构。

滚珠丝杠传动机构包括伺服电机5、联轴器6、丝杠7、丝杠螺母8、电机固定架4、丝杠支撑架9，伺服电机5固定在电机固定架4下方的圆筒内，电机固定架4再通过上方弧形面重合固定于喷管外罩3内表面上，丝杠7一端伸入丝杠支撑架9下方圆筒内，构成转动副，丝杠支撑架9通过上方弧形面重合固定于喷管外罩3内表面上。电机转子与丝杠7通过联轴器6联接，将电机转子的转动转换成丝杠7的转动，由于滚珠丝杠自身特性，丝杠螺母8与丝杠7采用螺旋配合，将丝杠7的转动转换成丝杠螺母8的直线运动；

燃气舵偏转机构包括作动杆10、凸轮11、燃气舵片12、燃气舵支座14、锁钉13，作动杆10一端与丝杠螺母8表面上的圆柱体构成转动副联接，另一端与凸轮11上的圆柱体构成转动副联接，燃气舵片12通过舵片翼根处圆柱连接杆上的螺纹与凸轮11上的螺纹孔刚性联接在一起，燃气舵片12连接杆后半部分伸入燃气舵支座14上的通孔内，构成转动副，底端有螺纹孔，通过锁钉13螺纹联接，限制燃气舵片12连接杆轴向位置。燃气舵支座14用两个螺钉固定联接在喷管外罩3尾部的圆环面上；

空气舵偏转机构包括活塞销16、活塞筒15、空气舵片17，活塞销16的一端与丝杠螺母8上的圆柱体构成转动副，另一端伸入活塞筒15内构成活塞作动器，活塞筒15下端为与活塞筒轴线相垂直的一圆柱体，圆柱体内加工有一方形槽，空气舵片17翼根联接圆柱插入喷管外罩3筒壁上的通孔内，尾部加工成与活塞筒15上方形槽相匹配的方柱，伸入方形槽内，与活塞筒15刚性联接在一起。

这样，电机转子的转动转换为丝杠7的机械转动，丝杠螺母8与丝杠7螺旋配合，将丝杠7的转动转换为丝杠螺母8的直线运动，丝杠螺母8通过两个转动副带动作动杆10和活塞销16运动，作动杆10通过转动副带动凸轮11转动，燃气舵12与凸轮11刚性联接，跟随凸轮11一起偏转；活塞销16通过活塞作动器带动活塞筒15转动，空气舵17与活塞筒15刚性联接，跟随活塞筒15一起偏转。作动杆10的初始位置为杆上表面平行于丝杠7轴线，活塞作动器初始位置为活塞销16轴线垂直于丝杠7轴线，这样，燃气舵12与空气舵17联动偏转，且偏转角度接近一致。燃气舵12的偏转改变喷口燃气射流方向从而改变推力矢量方向，空气舵17的偏转对来流空气造成阻力从而改变空气对舵片的压力方向，燃气舵12与空气舵17采用十字型布局，四组燃气舵12和空气舵17传动机构相互独立，各种组合的燃气舵与空气舵偏转迫使飞行器快速改变飞行姿态和方向。

作为一种具体示例，电机固定架4和丝杠支撑架9上表面为与喷管外罩3内表面等半径的圆弧面，分别用三组螺钉固定于喷管外罩3内表面上，丝杠支撑架9下方圆筒用来限制丝杠7轴线位置，避免丝杠7悬空，而不限制丝杠7的转动。

作为一种具体示例，喷管外罩3后表面中间铣有一圆形通道，该圆形通道直径与喷管2喷口外径相同，将喷管2喷口嵌入其中，且喷管外罩3后表面与喷管2喷口截面在同一竖直面内。

作为一种具体示例，喷管外罩3后表面左右、上下各有一组两两对称平行的直槽口，便于作动杆10的平面运动。

作为一种具体示例，凸轮11上的小圆柱体周围铣去一部分圆弧薄片，以便和作动杆10配合得更好，且不影响其绕小圆柱体的转动。

作为一种具体示例，燃气舵支座14内表面为平面，外表面为与喷管外罩3等半径的圆弧面，下表面为平面，钻有两个螺纹孔，通过螺钉固定在喷管外罩3后表面上。燃气舵支座14上的通孔中心线穿过喷管2喷口圆心，确保燃气舵12初始位置时中心面与喷管2喷口水平中心面重合，一组燃气舵支座14水平方向对称安装，另一组燃气舵支座竖直方向对称安装，这样保证了燃气舵12的十字型布局。

作为一种具体示例，燃气舵支座14外表面通孔外圈铣有环形凹槽，燃气舵12翼根轴底面钻有螺纹孔，在与燃气舵支座14通孔构成转动副后，燃气舵12翼根轴尾部螺纹孔拧上螺钉13，限制燃气舵12翼根轴底面的轴向位置，而不限制燃气舵12翼根轴的转动。

作为一种具体示例，四个凸轮11内表面与喷管2喷口外圆所在圆柱面相切。

作为一种具体示例，喷管外罩3外表面钻有四个等间距通孔，安装四个空气舵17，四个通孔中心线与四个燃气舵支座14通孔中心线在相同水平面或竖直面，以保证四个空气舵17与四个燃气舵12呈相同的十字型布局。

作为一种具体示例，四片燃气舵12和四片空气舵17外形均采用梯形结构设计。

实施例1

本实施例飞行器燃气舵与空气舵联动机构，包括滚珠丝杠传动机构、燃气舵偏转机构、空气舵偏转机构。滚珠丝杠传动机构包括伺服电机5、联轴器6、丝杠7、丝杠螺母8、电机固定架4、丝杠支撑架9，燃气舵偏转机构包括作动杆10、凸轮11、燃气舵片12、燃气舵支座14、锁钉13，空气舵偏转机构包括活塞销16、活塞筒15、空气舵片17。

电机转子逆时针(从伺服电机5位置向后看)转动，电机转子通过联轴器6带动丝杠7逆时针转动，丝杠7的逆时针转动转化为丝杠螺母8的向后直线运动，丝杠螺母8的向后直线运动分别通过两个转动副同时带动作动杆10的向后平面运动和活塞销16的向后偏转，作动杆10的向后平面运动推动凸轮11向后偏转，因为燃气舵12与凸轮11刚性联接，所以凸轮11的向后偏转带动燃气舵12向上偏转；因为活塞销16和活塞筒15为缸筒活塞结构联接，所以活塞销16的向后偏转带动活塞筒15的向后偏转，由于空气舵17与活塞筒15刚性联接，所以活塞筒15的向后偏转带动空气舵17的向上偏转。

作动杆10的初始位置为杆上表面平行于丝杠7轴线，活塞作动器初始位置为活塞销16轴线垂直于丝杠7轴线，这样，两个伺服电机5带动两组空气舵17和燃气舵12向上联动偏转，两组空气舵17和燃气舵12受到法向气动力同时改变，使飞行器做抬头动作。

上述使用空气舵和燃气舵联动偏转方式对飞行器进行姿态控制，比起单独使用燃气舵或空气舵控制飞行器姿态变化效率更高，反应更快，使飞行器机动性能更好。

Claims (5)

1.一种飞行器燃气舵与空气舵联动机构，其特征在于，包括燃烧室(1)、喷管(2)、喷管外罩(3)、滚珠丝杠传动机构、燃气舵偏转机构、空气舵偏转机构；

所述燃烧室(1)、喷管(2)、喷管外罩(3)采用螺纹联接，保证联接强度和装置气密性；

所述滚珠丝杠传动机构包括伺服电机(5)、联轴器(6)、丝杠(7)、丝杠螺母(8)、电机固定架(4)、丝杠支撑架(9)，伺服电机(5)转子与丝杠(7)通过联轴器(6)联接，电机转子转动带动丝杠(7)转动，丝杠螺母(8)与丝杠(7)采用螺纹配合，将丝杠(7)的转动转换成丝杠螺母(8)的直线运动；

所述燃气舵偏转机构包括作动杆(10)、凸轮(11)、燃气舵支座(14)、锁钉(13)、燃气舵片(12)，作动杆(10)一端与丝杠螺母(8)表面上的圆柱体构成转动副联接，另一端与凸轮(11)上的圆柱体构成转动副联接，燃气舵片(12)通过舵片翼根处圆柱连接杆上的螺纹与凸轮(11)上的螺纹孔刚性联接，燃气舵片(12)连接杆后半部分伸入燃气舵支座(14)上的通孔内构成转动副，燃气舵支座(14)底端设置螺纹孔，燃气舵片(12)与燃气舵支座(14)通过锁钉(13)螺纹联接，限制燃气舵片(12)连接杆轴向位置；

所述空气舵偏转机构包括活塞销(16)、活塞筒(15)、空气舵片(17)，活塞销(16)的一端与丝杠螺母(8)上的圆柱体构成转动副，另一端伸入活塞筒(15)内构成活塞作动器，活塞筒(15)下端为与活塞筒轴线相垂直的一圆柱体，圆柱体内有一方形槽，空气舵片(17)翼根联接圆柱插入喷管外罩(3)筒壁上的通孔内，尾部加工成与活塞筒(15)上方形槽相匹配的方柱，伸入方形槽内，与活塞筒(15)刚性联接；

所述伺服电机(5)带动丝杠(7)转动，转化为丝杠螺母(8)的直线运动，丝杠螺母(8)通过两个转动副带动作动杆(10)与活塞销(16)运动，同时作动杆(10)与活塞作动器带动燃气舵与空气舵联动偏转，通过作用在舵片上的气动力作用改变飞行器姿态。

2.根据权利要求1所述的飞行器燃气舵与空气舵联动机构，其特征在于，所述喷管(2)与燃烧室(1)联接处、喷管(2)与喷管外罩(3)联接处分别加工有凸台，喷管(2)外形采用弧形相切表面过渡。

3.根据权利要求1所述的飞行器燃气舵与空气舵联动机构，其特征在于，所述伺服电机(5)设置在电机固定架(4)下方圆筒内，用螺钉固定于筒壁上，电机固定架(4)上表面加工为与喷管外罩(3)内表面重合的弧形面，以三个螺钉重合固定于喷管外罩(3)内表面上，丝杠(7)另一端设置于丝杠支撑架(9)下方圆筒内，丝杠支撑架(9)对丝杠(7)起支撑作用，限制丝杠(7)轴线位置，而不限制丝杠(7)周向转动。

4.根据权利要求1所述的飞行器燃气舵与空气舵联动机构，其特征在于，所述燃气舵支座(14)底部设置两个螺纹孔，通过螺钉固连在喷管外罩(3)后壁面上；燃气舵(12)舵片底部截面与凸轮(11)面重合，相切于喷管(2)出口外圆，燃气舵支座(14)外表面为与喷管外罩(3)外表面相切的弧形面。

5.根据权利要求1所述的飞行器燃气舵与空气舵联动机构，其特征在于，所述作动杆(10)上表面初始位置与丝杠(7)轴线平行，活塞作动器的作动筒轴线的初始位置与丝杠(7)轴线垂直。