CN107842444B - 一种液体姿控发动机摇摆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座、伺服机构，所述常平座包括带动推力室摆动的转动部件，所述常平座内部设置有输送流体的流道，所述的流道贯穿通过所述的转动部件。本发明通过取消摇摆软管，在常平座内部设置输送流体的流道替代摇摆软管，实现其输送流体和承受位移变形的功能，使得摇摆装置的结构变得简单、空间尺寸减小、响应速度加快；同时减小了发动机总体结构布局难度。通过密封结构设计，圆形转动轴承座流道和包络形十字转动轴流道流的配合设计，满足了流体输送不允许泄露的要求；流道可以设置n条(n为自然数)，以实现摇摆装置的多种介质输送功能。
Description
技术领域
本发明属于液体姿控火箭发动机领域，具体涉及一种液体姿控发动机摇摆装置。
背景技术
通常液体姿控发动机为导弹或火箭提供姿态控制推力矢量，用来实现导弹或火箭绕其质心转动，以控制其俯仰、偏航和滚动的方向和姿态。液体姿控发动机通常可以设计为能够摇摆的发动机，简称摇摆发动机，包括发动机(推力室)和摇摆装置，摇摆装置是摇摆发动机的关键组成部分，是指在发动机与导弹或箭体之间，或发动机的摇摆部分与不摇摆部分之间设置的活动或扰性环节或部件。摇摆装置包括常平座、摇摆软管和伺服机构三大部分，三者相互独立，界线分明：常平座包括带动发动机(推力室)摆动的转动部件，常平座的功能即是向导弹或火箭传递推力并提供带动发动机(推力室)摆动的转动部件；摇摆软管的功能是输送流体，同时承受必要的位移变形；伺服机构提供系统摆动的作动力矩和控制信号。由于摇摆软管自身的一些特点，例如所需的安装空间大、变形力矩大、摇摆时存在压力脉动等，导致现有的摇摆装置有如下缺点：结构复杂、空间尺寸大、响应速度慢，所配套的伺服机构作动力矩大，加大了发动机总体结构布局难度和伺服机构单机系统研制难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体姿控发动机摇摆装置，取消摇摆软管，在常平座内部设置输送流体的流道替代摇摆软管，实现其输送流体和承受位移变形的功能，使得摇摆装置的结构变得简单、空间尺寸减小、响应速度加快。
为了实现上述目的，本发明提供的一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座、伺服机构，所述常平座包括带动发动机摆动的转动部件，其特征在于：所述常平座内部设置有输送流体的流道，所述的流道贯穿通过所述的转动部件。
优选地，所述转动部件包括转动轴组件，所述转动轴组件包括十字转动轴和相配合的转动轴承座，所述十字转动轴和转动轴承座均设置有贯穿通过其内部的流道。
优选地，所述转动部件还包括传力连接件，所述传力连接件包括与火箭固定连接的箭底座和与推力室固定连接的推力室底座，所述箭底座和推力室底座分别与两个对称的转动轴承座固定连接。
优选地，所述十字转动轴相互垂直的两根轴位于同一平面内，其中一根轴包含一个半轴为第一轴、另一半轴为第三轴，另一根轴包含一个半轴为第二轴、另一半轴为第四轴，所述转动轴承座包括第一轴座、第二轴座、第三轴座、第四轴座，第一轴座与第一轴配合、第三轴座与第三轴配合，第二轴座与第二轴配合，第四轴座与第四轴配合；所述伺服机构包括第一伺服机构和第二伺服机构，分别与第一轴座、第二轴座固定连接；第一轴座和第三轴座固定于推力室底座；第二轴座和第四轴座固定于箭底座；所述流道包括转动轴承座流道和十字转动轴流道，所述转动轴承座流道和十字转动轴流道对接处设置有密封结构。
优选地，所述密封结构为密封槽配合O型圈的密封结构。
优选地，所述对接处的转动轴承座流道为圆形，所述对接处的十字转动轴流道为中间圆形叠加两侧月牙形的包络形，所述包络形的面积与圆形的面积的比例关系根据摇摆角度大小、十字转动轴轴径大小以及使得两者之间差异尽量小的原则予以确定。
可选地，其特征在于：所述流道可以设置n条，n为自然数。
本发明通过取消摇摆软管，在常平座内部设置输送流体的流道替代摇摆软管，实现其输送流体和承受位移变形的功能，使得摇摆装置的结构变得简单、空间尺寸减小、响应速度加快；同时减小了发动机总体结构布局难度。通过密封结构设计，圆形转动轴承座流道和包络形十字转动轴流道的配合设计，满足了流体输送不允许泄露的要求；流道可以设置n条(n为自然数)，以实现摇摆装置的多种介质输送功能。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为去掉伺服机构的本发明的立体结构示意图；
图3为去掉传力连接件的本发明的立体结构示意图；
图4为图1的A向视图(形成视图后顺时针旋转90°)；
图5为图4的B向视图；
图6为图5的C-C剖面视图；
图7为十字转动轴的示意图；
图8为圆形流道与包络形流道的配合示意图。
图中：1-常平座；14-对接处；15-密封结构；2-伺服机构；21-第一伺服机构；22-第二伺服机构；3-转动部件；31-转动轴组件；31a-十字转动轴；31a1-第一轴；31a2-第二轴；31a3-第三轴；31a4-第四轴；31b-转动轴承座；31b1-第一轴座；31b2-第二轴座；31b3-第三轴座；31b4-第四轴座；32-传力连接件；321-箭底座；322-推力室底座；4-流道；41-转动轴承座流道；42-十字转动轴流道；41a-圆形流道；42a-包络形流道；42a1-10°摆角包络形流道左包络线；42a2-10°摆角包络形流道右包络线；5a-入口接头；5b-出口接头；6-正方形插头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1，如图1～图6所示，一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座1、伺服机构2，常平座1包括带动发动机(推力室)摆动的转动部件3，常平座1内部设置有输送流体的流道4，流道4贯穿通过转动部件3；转动部件3包括转动轴组件31，转动轴组件31包括十字转动轴31a和相配合的转动轴承座31b，流道4贯穿通过十字转动轴31a和转动轴承座31b的内部。转动部件3由伺服机构2驱动左右往复转动，转动的角度0°～30°，带动发动机(推力室)摆动。贯穿通过转动部件3的流道4，即贯穿通过十字转动轴31a和转动轴承座31b的流道4可以设置有n条，n为自然数，每一条流道4均设置有入口接头5a和出口接头5b，分别连接储箱和推力室主阀。
实施例2，如图1所示，一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座1、伺服机构2，常平座1包括带动发动机(推力室)摆动的转动部件3，常平座1内部设置有输送流体的流道4，流道4贯穿通过转动部件3；转动部件3包括转动轴组件31，转动轴组件31包括十字转动轴31a和相配合的转动轴承座31b，流道4贯穿通过十字转动轴31a和转动轴承座31b的内部。转动部件3由伺服机构2驱动左右往复转动，转动的角度2°～20°，带动发动机(推力室)摆动。转动部件3还包括传力连接件32，传力连接件32包括与火箭固定连接的箭底座321和与推力室固定连接的推力室底座322，所述箭底座321和推力室底座322分别与两个对称的转动轴承座31b固定连接，本实施例中均使用螺栓螺母进行固定连接。贯穿通过转动部件3的流道4，即贯穿通过十字转动轴31a和转动轴承座31b的流道4设置有3条，每一条流道4均设置有入口接头5a和出口接头5b，入口接头5a连接储箱，出口接头5b连接推力室主阀，储箱内贮有发动机工作所需的液体推进剂或者气体介质，推力室主阀打开后连通发动机推力室。
实施例3，如图1～图7所示，一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座1、伺服机构2，常平座1包括带动发动机(推力室)摆动的转动部件3，常平座1内部设置有输送流体的流道4，流道4贯穿通过转动部件3；转动部件3包括转动轴组件31，转动轴组件31包括十字转动轴31a和相配合的转动轴承座31b，流道4贯穿通过十字转动轴31a和转动轴承座31b的内部。十字转动轴31a相互垂直的两根轴位于同一平面内，其中一根轴包含一个半轴为第一轴31a1、另一半轴为第三轴31a3，另一根轴包含一个半轴为第二轴31a2、另一半轴为第四轴31a4，所述转动轴承座31b包括第一轴座31b1、第二轴座31b2、第三轴座31b3、第四轴座31b4，第一轴座31b1与第一轴31a1配合、第三轴座31b3与第三轴31a3配合，第二轴座31b2与第二轴31a2配合，第四轴座31b4与第四轴31a4配合，共同实现十字转动轴31a的定位；各轴与轴座之间采用柱面滑动轴承形式配合；所述伺服机构2包括第一伺服机构21和第二伺服机构22，分别与第一轴座31b1、第二轴座31b2通过螺栓螺母固定连接，而第一伺服机构21和第二伺服机构22又分别与第一轴31a1和第二轴31a2通过正方形插孔和正方形插头6固定连接，正方形插孔设置于第一伺服机构21和第二伺服机构22上，正方形插头6设置于第一轴31a1和第二轴31a2的端部，第一伺服机构21用于驱动转动轴承座31b的第一轴座31b1和第三轴座31b3绕其中心轴线左右往复转动，带动推力室摆动；第二伺服机构22用于驱动十字转动轴31a的第二轴31a2和第四轴31a4绕其中心轴线左右往复转动，相应地，第一轴31a1和第三轴31a3则左右往复摆动，左右往复转动的角度本实施例中为10°；转动部件3还包括传力连接件32，传力连接件32包括与火箭固定连接的箭底座321和与推力室固定连接的推力室底座322，箭底座321通过螺栓螺母连接于第二轴座31b2和第四轴座31b4上，箭底座321也与火箭通过螺栓螺母固定连接；推力室底座322通过螺栓螺母连接于第一轴座31b1和第三轴座31b3上，推力室底座322也与推力室通过螺栓螺母固定连接；本实施例中流道4包括贯穿通过转动轴承座31b的转动轴承座流道41和贯穿通过十字转动轴31a的十字转动轴流道42，转动轴承座流道41和十字转动轴流道42对接处14设置有密封结构15，该密封结构15为两道密封槽配合O型圈的密封结构，O型圈压缩量为20％，以避免轴在转动过程中出现推进剂泄漏或掺混；流道4即转动轴承座流道41和十字转动轴流道42设置有3条，每一条流道4均设置有入口接头5a和出口接头5b，入口接头5a连接储箱，出口接头5b连接推力室主阀，储箱内贮有发动机工作所需的液体推进剂或者气体介质，推力室主阀打开后连通发动机推力室。
实施例4，如图1～图8所示，一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座1、伺服机构2，常平座1包括带动发动机(推力室)摆动的转动部件3，常平座1内部设置有输送流体的流道4，流道4贯穿通过转动部件3；转动部件3包括转动轴组件31，转动轴组件31包括十字转动轴31a和相配合的转动轴承座31b，流道4贯穿通过十字转动轴31a和转动轴承座31b的内部。十字转动轴31a相互垂直的两根轴位于同一平面内，其中一根轴包含一个半轴为第一轴31a1、另一半轴为第三轴31a3，另一根轴包含一个半轴为第二轴31a2、另一半轴为第四轴31a4，所述转动轴承座31b包括第一轴座31b1、第二轴座31b2、第三轴座31b3、第四轴座31b4，第一轴座31b1与第一轴31a1配合、第三轴座31b3与第三轴31a3配合，第二轴座31b2与第二轴31a2配合，第四轴座31b4与第四轴31a4配合，共同实现十字转动轴31a的定位；各轴与轴座之间采用滚动轴承形式配合；所述伺服机构2包括第一伺服机构21和第二伺服机构22，分别与第一轴座31b1、第二轴座31b2通过螺栓螺母固定连接，而第一伺服机构21和第二伺服机构22又分别与第一轴31a1和第二轴31a2通过正方形插孔和正方形插头6固定连接，正方形插孔设置于第一伺服机构21和第二伺服机构22上，正方形插头6设置于第一轴31a1和第二轴31a2的端部，第一伺服机构21用于驱动转动轴承座31b的第一轴座31b1和第三轴座31b3绕相应轴的轴线左右往复转动，带动推力室摆动；第二伺服机构22用于驱动十字转动轴31a的第二轴31a2和第四轴31a4绕其中心轴线左右往复转动，相应地，第一轴31a1和第三轴31a3则左右往复摆动，左右往复转动的角度本实施例中为5°；转动部件3还包括传力连接件32，传力连接件32包括与火箭固定连接的箭底座321和与推力室固定连接的推力室底座322，箭底座321通过螺栓螺母连接于第二轴座31b2和第四轴座31b4上，箭底座321也与火箭通过螺栓螺母固定连接，因此第二轴座31b2和第四轴座31b4及箭底座321相对于火箭是固定不动的，第一伺服机构21不能通过驱动第一轴31a1和第三轴31a3左右往复转动而使第二轴31a2和第四轴31a4左右往复摆动，只能是驱动第一轴座31b1和第三轴座31b3绕相应轴的轴线左右往复转动，带动发动机(推力室)摆动；推力室底座322通过螺栓螺母连接于第一轴座31b1和第三轴座31b3上，推力室底座322也与推力室通过螺栓螺母固定连接，本实施例中，第一轴座31b1和第三轴座31b3即为推力室底座322，两者为一体化设计；本实施例中流道4包括贯穿通过转动轴承座31b的转动轴承座流道41和贯穿通过十字转动轴31a的十字转动轴流道42，转动轴承座流道41和十字转动轴流道42对接处14设置有密封结构15，该密封结构15为两道密封槽配合O型圈的密封结构，O型圈压缩量为20％，以避免轴在转动过程中出现推进剂泄漏或掺混；转动轴承座流道41和十字转动轴流道42对接处14的流道形状设置为：转动轴承座流道41为圆形流道41a，十字转动轴流道42为中间圆形叠加两侧月牙形的包络形流道42a，包络形流道42a的面积与圆形流道41a的面积的比例关系根据摇摆角度大小、十字转动轴31a轴径大小以及使得两者之间差异尽量小的原则予以确定，以实现十字转动轴31a在转动过程中液体推进剂或者气体介质正常输运避免发生断流和流阻过大的情况，本实施例中包络形流道42a的面积与圆形流道41a的面积的比例为1.55，计算方法如下：
式中：
θ——摇摆装置允许摆角，单位°，取10；
D1——十字轴轴径，单位m，取0.05；
D2——轴座流道通径，单位m，取0.02；
L1——十字轴开孔柱段长度，单位m，取0.0087；
A1——十字轴开孔面积，单位m2，取4.88×10-4；
A2——轴座开孔面积，单位m2，3.14×10-4；这是与实施例3的不同之处。
流道4即转动轴承座流道41和十字转动轴流道42设置有3条，每一条流道4均设置有入口接头5a和出口接头5b，入口接头5a连接储箱，出口接头5b连接推力室主阀，储箱内贮有发动机工作所需的液体推进剂或者气体介质，推力室主阀打开后连通发动机推力室。
本实施例中发动机为双组元发动机，推力为量级为10kN，所用液体推进剂为四氧化二氮和偏二甲肼，采用氦气挤压的供应方式，挤压压力为4.0MPa，十字转动轴31a轴径Φ50mm，转动轴承座流道41和十字转动轴流道42的直径Φ20mm；各入口接头5a和出口接头5b均为外部焊接Q2889.5的管接头；3股流道，分别输送四氧化二氮、偏二甲肼和氦气，流体的输送路径分别为：四氧化二氮从第一轴座31b1的入口接头5a流入，通过转动轴承座流道41进入第一轴31a1的十字转动轴流道42和第二轴31a2的十字转动轴流道42，再经过第二轴座31b2的转动轴承座流道41从出口接头5b流出进入推力室主阀；
偏二甲肼从第三轴座31b3的入口接头5a流入，通过转动轴承座流道41进入第三轴31a3的十字转动轴流道42和第四轴31a4的十字转动轴流道42，再经过第四轴座31b4的转动轴承座流道41从出口接头5b流出进入推力室主阀；氦气的流动路径从第三轴座31b3上设置的入口接头5a流入，进入第三轴31a3上设置的十字转动轴流道42，经过第四轴31a4上设置的十字转动轴流道42，再经过第四轴座31b4的转动轴承座流道41从出口接头5b流出进入推力室主阀。十字转动轴31a选用钛合金材料，采用3D打印成型工艺。
Claims (7)
1.一种液体姿控发动机摇摆装置，包括常平座(1)、伺服机构(2)，所述常平座(1)包括带动发动机摆动的转动部件(3)，其特征在于：所述常平座(1)内部设置有输送流体的流道(4)，所述的流道(4)贯穿通过所述的转动部件(3)；
所述转动部件(3)包括转动轴组件(31)，所述转动轴组件(31)包括十字转动轴(31a)和相配合的转动轴承座(31b)，所述十字转动轴(31a)和转动轴承座(31b)均设置有贯穿通过其内部的流道(4)。
2.根据权利要求1所述的液体姿控发动机摇摆装置，其特征在于：所述转动部件(3)还包括传力连接件(32)，所述传力连接件(32)包括与火箭固定连接的箭底座(321)和与推力室固定连接的推力室底座(322)，所述箭底座(321)和推力室底座(322)分别与两个对称的转动轴承座(31b)固定连接。
3.根据权利要求2所述的液体姿控发动机摇摆装置，其特征在于：所述十字转动轴(31a)相互垂直的两根轴位于同一平面内，其中一根轴包含一个半轴为第一轴(31a1)、另一半轴为第三轴(31a3)，另一根轴包含一个半轴为第二轴(31a2)、另一半轴为第四轴(31a4)，所述转动轴承座(31b)包括第一轴座(31b1)、第二轴座(31b2)、第三轴座(31b3)、第四轴座(31b4)，第一轴座(31b1)与第一轴(31a1)配合、第三轴座(31b3)与第三轴(31a3)配合，第二轴座(31b2)与第二轴(31a2)配合，第四轴座(31b4)与第四轴(31a4)配合；所述伺服机构(2)包括第一伺服机构(21)和第二伺服机构(22)，分别与第一轴座(31b1)、第二轴座(31b2)固定连接；第一轴座(31b1)和第三轴座(31b3)固定于推力室底座(322)；第二轴座(31b2)和第四轴座(31a4)固定于箭底座(321)；所述流道(4)包括转动轴承座流道(41)和十字转动轴流道(42)，所述转动轴承座流道(41)和十字转动轴流道(42)对接处(14)设置有密封结构(15)。
4.根据权利要求3所述的液体姿控发动机摇摆装置，其特征在于：所述密封结构(15)为密封槽配合O型圈的密封结构。
5.根据权利要求3或4所述的液体姿控发动机摇摆装置，其特征在于：所述对接处(14)的转动轴承座流道(41)为圆形流道(41a)，所述对接处(14)的十字转动轴流道(42)为中间圆形叠加两侧月牙形的包络形流道(42a)，所述包络形流道(42a)的面积与圆形流道(41a)的面积的比例关系根据摇摆角度大小、十字转动轴(31a)轴径大小以及使得两者之间差异尽量小的原则予以确定。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的液体姿控发动机摇摆装置，其特征在于：所述流道(4)可以设置n条，n为大于1的自然数。
7.根据权利要求5所述的液体姿控发动机摇摆装置，其特征在于：所述流道(4)可以设置n条，n为大于1的自然数。
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| 《常平座的设计与应用》;陈守芳;《火箭推进》;20041031;第30卷(第5期);第27-30页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107842444A (zh) | 2018-03-27 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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