CN108087151A - 一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置，其特征在于，包括锥阀阀头(3)、阀杆(5)、驱动电机(6)、联轴器(7)、传动轴(8)、限位轴承(9)和偏心轮(10)，锥阀阀头(3)包括前端锥头(3‑1)和传动直杆(3‑2)，偏心轮(10)套装在传动轴(8)上；前端锥头(3‑1)正对燃气发生器喷管喉部，传动直杆(3‑2)与偏心轮(10)环面相接触；驱动电机(6)的驱动轴通过联轴器(7)带动传动轴(8)转动，限位轴承(9)支撑传动轴(8)的另一端，偏心轮(10)在传动轴(8)带动下转动；阀杆(5)与前端锥头(3‑1)相配合，用于为传动直杆(3‑2)进行导向，使锥阀阀头(3)在偏心轮(10)作用下前后移动。

Description

一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置

技术领域

本发明属于固冲发动机燃气流量调节技术领域，特别是涉及一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置。

背景技术

固冲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。燃气流量能否调节直接决定了固冲发动机性能的好坏，目前关于燃气流量调节的方案主要有四种：固定流量式、壅塞式、非壅塞式、涡旋阀法。流量调节阀通常采用的构型有柱塞滑阀、旋转碟阀、旋转盘阀、锥阀等多种。在燃气入口处安装锥阀在调节燃气流量的同时有利于提高燃气与空气掺混燃烧效果，提升发动机性能。传统控制系统采用的传动机构包括液压传动、气压传动和电机传动，根据工作环境及特点，固冲发动机燃气流量调节装置中，电机传动和气压传动优于液压传动。

目前壅塞式固冲发动机燃气流量调节装置普遍采用电动滑盘阀或气动针阀装置。哈尔滨工业大学鲍文、牛文玉等的一种用于固冲发动机的燃气流量调节器(专利号200810075649.4)提出一种气动针阀式燃气流量调节阀的固冲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，占用空间较大，气体容易出现泄漏，燃气流量调节过程中，并不容易达到精确控制。南京理工大学赵泽敏等提出一种直线电机驱动的固冲发动机燃气流量调节装置(专利号201310380537.0)，主要是依靠燃气发生器内部的直线电机带动锥阀阀头运动来调节燃气流量。虽然结构简单、调节精度较高，但是在工作过程中驱动电机及作动机构均处于燃气发生器内部，工作环境恶劣，需要进行防护处理，而且占用燃气发生器内部体积较大，降低了燃气发生器装填比。南京理工大学何坤等提出一种电动旋转滑盘阀式固冲发动机燃气流量调节装置(专利号201410753404.8)，它主要是依靠圆柱形箱体内的驱动电机带动旋转滑盘阀转动改变燃气通道喷管喉部面积来调节燃气流量。虽然结构简单、控制精确，但旋转滑盘阀对接面直接受到燃气冲刷，容易出现颗粒沉积造成旋转滑盘阀卡滞，影响调节的可靠性，而且需要在燃气发生器及补燃室之间增加一个单独的燃气流量调节舱段，占用空间较大。

发明内容

本发明提供了一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置，其特征在于，包括锥阀阀头(3)、阀杆(5)、驱动电机(6)、联轴器(7)、传动轴(8)、限位轴承(9)和偏心轮(10)，锥阀阀头(3)包括前端锥头(3-1)和传动直杆(3-2)，偏心轮(10)套装在传动轴(8)上；

前端锥头(3-1)正对燃气发生器喷管喉部，传动直杆(3-2)与偏心轮(10)环面相接触；

驱动电机(6)的驱动轴通过联轴器(7)带动传动轴(8)转动，限位轴承(9)支撑传动轴(8)的另一端，偏心轮(10)在传动轴(8)带动下转动；

阀杆(5)与前端锥头(3-1)相配合，用于为传动直杆(3-2)进行导向，使锥阀阀头(3)在偏心轮(10)作用下前后移动。

进一步的，阀杆(5)与前端锥头(3-1)接触部分周向开环形槽，环形槽设置碳石墨密封层(4)；

偏心轮(10)环面设置凹槽，传动直杆(3-2)后部球头与偏心轮(10)环面凹槽相接触，在接触部位涂抹润滑油脂进行润滑。采用环面凹槽，可以实现传动直杆(3-2)后部球头与偏心轮(10)的面接触，从而提升传动过程的稳定性。

进一步的，偏心轮(10)通过直键套装固定在传动轴(8)上，可以根据调节范围选装不同规格的偏心轮(10)。

本发明与现有技术相比，有显著优点：

1.本发明采用锥阀式燃气流量调节阀结构简单，锥阀阀头结构对称，避免了调节阀长时间工作受力不对称引起的燃气流量调节失效的问题，同时有利于提高燃气与空气掺混燃烧效果，提升发动机性能。

2.本发明采用碳石墨进行动密封，碳石墨具有良好的耐腐蚀性能，其化学稳定性能很高，具有极好的自润滑性，具有良好的导热性和低膨胀性，保证了系统在高温、高压和高速气流环境中工作的可靠性。

3.本发明采用电机传动与气压驱动等相比无需气源和气管路，结构简单，并且可以直接使用系统电池作为动力源，占用空间小，可以直接通过电信号控制，减少控制信号的转换环节，提升控制精度。

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简图。

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偏心传动机构结构简图。

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喷嘴位置截面示意图。

图4为传动直杆后部球头与偏心轮接触部位的示意图。

具体实施方式：

下面结合附图1和附图2对本发明做进一步详细描述。

本发明提供了一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置，其特征在于，包括锥阀阀头3、阀杆5、驱动电机6、联轴器7、传动轴8、限位轴承9和偏心轮10，锥阀阀头3包括前端锥头3-1和传动直杆3-2，偏心轮10套装在传动轴8上；

前端锥头3-1正对燃气发生器喷管喉部，传动直杆3-2与偏心轮10环面相接触；

驱动电机6的驱动轴通过联轴器7带动传动轴8转动，限位轴承9支撑传动轴8的另一端，偏心轮10在传动轴8带动下转动；

阀杆5与前端锥头3-1相配合，用于为传动直杆3-2进行导向，使锥阀阀头3在偏心轮10作用下前后移动。

进一步的，阀杆5与前端锥头3-1接触部分周向开环形槽，环形槽设置碳石墨密封层4；

参阅图4，偏心轮10环面设置凹槽，传动直杆3-2后部球头与偏心轮10环面凹槽相接触，在接触部位涂抹润滑油脂进行润滑。

进一步的，偏心轮10通过直键套装在传动轴8上，可以根据调节范围变化选装不同规格的偏心轮10。

使用过程：

工作原理：工作时，驱动电机6接受控制系统指令转动，驱动电机6的驱动轴通过联轴器7带动传动轴8转动，偏心轮10随传动轴8转动，由偏心轮10推动传动直杆3-2做直线运动。传动直杆3-2带动前端锥头3-1直线运动，利用锥阀阀头3改变燃气发生器1喷管喉部面积，进而改变燃气发生器1工作压力和推进剂燃速，达到控制燃气流量的效果，压力传感器2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6控制锥阀阀头3向喷管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喷管喉部面积，喷管喉部面积减少，燃气发生器1工作压力增大，推进剂燃速增大，从而增大燃气流量，根据压力传感器2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6转动。

需要减小燃气流量时，由驱动电机6控制锥阀阀头3向喷管喉部面积增大的方向移动，此时通过位移量可以精确计算出喷管喉部面积，喷管喉部面积增大，燃气发生器1工作压力减小，推进剂燃速减小，从而较小燃气流量，根据压力传感器2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6转动。

Claims (3)

1.一种电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置，其特征在于，包括锥阀阀头(3)、阀杆(5)、驱动电机(6)、联轴器(7)、传动轴(8)、限位轴承(9)和偏心轮(10)，锥阀阀头(3)包括前端锥头(3-1)和传动直杆(3-2)，偏心轮(10)套装在传动轴(8)上；

前端锥头(3-1)正对燃气发生器喷管喉部，传动直杆(3-2)与偏心轮(10)环面相接触；

驱动电机(6)的驱动轴通过联轴器(7)带动传动轴(8)转动，限位轴承(9)支撑传动轴(8)的另一端，偏心轮(10)在传动轴(8)带动下转动；

阀杆(5)与前端锥头(3-1)相配合，用于为传动直杆(3-2)进行导向，使锥阀阀头(3)在偏心轮(10)作用下前后移动。

2.根据权利要求1所述的电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置，其特征在于，所述的阀杆(5)与前端锥头(3-1)接触部分周向开环形槽，环形槽设置碳石墨密封层(4)；

偏心轮(10)环面设置凹槽，传动直杆(3-2)与偏心轮(10)环面凹槽相接触，在接触部位涂抹润滑油脂进行润滑。

3.根据权利要求1和2所述的电动锥阀式固冲发动机燃气流量调节装置，其特征在于，偏心轮(10)通过直键套装固定在传动轴(8)上，可以根据调节范围变化选装不同规格的偏心轮(10)。