CN109606740A - 一种基于pwm调整的推力调整系统及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PWM调整的推力调整系统及其调整方法，该系统包括燃发器组、推力器和电磁阀组件，所述燃发器组包括至少一个燃发器，所述推力器包括通气件和两个连接件，两个所述连接件均为中空结构，并分别设于所述通气件的一端，每一所述连接件的上端、下端及与所述通气件连接面的对立面上均设有一喷嘴，所述电磁阀组件包括多个电磁阀，每一所述电磁阀用于控制一所述喷嘴开启和关闭，点燃燃发器，使产生的燃气依次通过通气件和连接件后从喷嘴喷出，控制电磁阀来开启或关闭所述喷嘴，使所述推力器实现预设的运行模式：俯仰模式、滚转模式或偏航模式。本发明提供的推力调整系统及其调整方法，可减少燃发器的数量，简化结构，系统实现轻质化。

Description

一种基于PWM调整的推力调整系统及其调整方法

技术领域

本发明涉及固体姿控动力系统技术领域，具体涉及一种基于PWM调整的推力调整系统及其调整方法。

背景技术

对于无贮气式的固体姿控动力系统，系统中不设有无贮气气瓶，燃发器产生的燃气经过滤后，直接通过喷嘴喷出，进而转化为推力，根据实际的运行状态灵活调整固体姿控动力系统的模式。通常，同一个(或同一组)燃发器工作期间产生的燃气流量是恒定的，系统产生的压强也是恒定的，在同一工作模式下，同一喷嘴产生的推力也是恒定的，因此推力是不可变的。

因此，一般来讲，对固体姿控动力系统的不同的推力需求，需要设计不同的燃发器提供对应的推力，对于需要经常变换推力的情况，需要设计许多流量不同的燃发器，这往往导致系统结构变得十分的复杂，整体的质量大幅提升，系统性能大幅降低，也不利于系统的轻质化。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于PWM调整的推力调整系统及其调整方法，可有效的减少燃发器的数量，简化结构，使系统实现轻质化。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

燃发器组，其包括至少一个燃发器；

推力器，其包括：

-通气件，其为中空结构，并与所述燃发器连通；

-两个连接件，两个所述连接件均为中空结构，并分别设于所述通气件的一端，每一所述连接件的上端、下端及与所述通气件连接面的对立面上均设有一喷嘴；

电磁阀组件，其包括多个电磁阀，每一所述电磁阀用于控制一所述喷嘴开启和关闭。

在上述技术方案的基础上，所述通气件包括两根曲形管，两根所述曲形管的一端均与其中一所述连接件连通，另一端均与另外一个所述连接件连通，构成呈环形的气腔。

在上述技术方案的基础上，所述燃发器包括：

壳体，其内填充有药柱；

点火器，其设于所述壳体的一端，用于点燃所述药柱；

出气口，其设于所述壳体的一端且与所述点火器同侧，所述出气口与曲形管连通。

在上述技术方案的基础上，所述壳体的内侧面上设有一层绝热层。

在上述技术方案的基础上，所述推力调整系统包括上支撑板，所述上支撑板上设有多个固定通孔，所述燃发器竖直嵌设于所述固定通孔内。

在上述技术方案的基础上，所述电磁阀采用PWM脉冲宽度调制技术控制所述喷嘴。

本发明还提供一种基于PWM调整的推力调整系统的调整方法，其包括：

点燃燃发器，使产生的燃气依次通过通气件和连接件后从喷嘴喷出，控制电磁阀来开启或关闭所述喷嘴，使所述推力器实现预设的运行模式：俯仰模式、滚转模式或偏航模式。

在上述技术方案的基础上，若位于两个所述连接件上端的两个所述喷嘴开启，位于下端的两个所述喷嘴关闭，且剩余所述喷嘴不产生有效力时，或位于上端的两个所述喷嘴关闭，位于下端的两个所述喷嘴开启，且剩余所述喷嘴不产生有效力时，所述推力器进入俯仰模式；

若位于两个所述连接件其中一对角线上的两个所述喷嘴开启，位于另外一对角线上的两个所述喷嘴关闭，且剩余所述喷嘴不产生有效力时，所述推力器进入滚转模式；

若位于其中一所述连接件一侧的所述喷嘴开启，位于另一侧的所述喷嘴关闭，且剩余所述喷嘴不产生有效力时，所述推力器进入偏航模式。

在上述技术方案的基础上，所述电磁阀采用PWM脉冲宽度调制技术控制所述喷嘴；

所述调整方法还包括以下步骤：

根据产生有效力的所述喷嘴的个数n，以及产生抵消力的所述喷嘴的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值k，计算所述俯仰模式、滚转模式或偏航模式下总推力大小F＝nf/；

其中，F为所述推力器产生的总推力，n为产生有效力的所述喷嘴的个数，f为一个所述燃发器和一个所述喷嘴工作时产生的作用力，k为产生抵消力的所述喷嘴的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值。

在上述技术方案的基础上，通过控制所述电磁阀的开启时间，来对所述k在0～1之间进行调节。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供的一种基于PWM调整的推力调整系统及其调整方法，采用PWM脉冲宽度调制技术控制电磁阀的开启和关闭来实现喷嘴脉冲工作，通过控制产生有效力的喷嘴脉冲工作时的开启时间宽度和关闭时间宽度，对整个系统的压强进行调节，从而实现对整个系统产生的总推力F的调节，相比于传统需要设计不同的燃发器来提供不同的推力，或者在经常需要变换推力的情况下，设计许多流量不同的燃发器的结构，此结构复杂程度大大降低，易于操作，且实现了系统的轻质化。

(2)本发明提供的一种基于PWM调整的推力调整系统及其调整方法，推力器上设计有6个对应方向的喷嘴，根据推力器的实际需求，能满足其俯仰、偏航和滚转三种运行模式，燃发器接力工作提供全程运行所需要的燃气，结构简单，操作方便，实用性很强。

附图说明

图1为本发明实施例中的基于PWM调整的推力调整系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的基于PWM调整的推力调整系统的燃发器的结构示意图；

图3为本发明实施例中的基于PWM调整的推力调整系统的推力器的结构示意图。

图中：1-燃发器组，10-燃发器，100-壳体，101-药柱，102-点火器，103-出气口，104-绝热层，2-推力器，20-通气件，200-曲形管，21-连接件，22-喷嘴，30-电磁阀，4-上支撑板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于PWM调整的推力调整系统，包括燃发器组1、集气过滤组件、推力器2和电磁阀组件。其中，燃发器组1包括至少一个燃发器10，燃发器10的数量根据固体姿控动力系统的实际飞行需求来确定；集气过滤组件设于燃发器10的下方并与燃发器10连通，集气过滤组件主要用于过滤高温燃气内的残渣，防止高温燃气在通入其他器件时，残渣造成器件堵塞或损坏，影响通气，最后影响整个系统的良好运行；推力器2则设于集气过滤组件的下方，推力器2包括通气件20和两个连接件21，其中，通气件20为中空结构，并与燃发器10连通，两个连接件21均为中空结构，并分别设于通气件20的一端，每一连接件21的上端、下端及与通气件20连接面的对立面上均设有一喷嘴22，通气件20通过连接管4与集气过滤组件连通，燃发器10产生燃气后，依次经过集气过滤组件和连接管4，进入推力器2，最后从推力器2上的喷嘴22喷出，产生驱动力，实现各种不同的运行模式；电磁阀组件则设于推力器2上，这里，电磁阀组件包括多个电磁阀30，其数量与推力器2上的喷嘴22的数量相对应，每一电磁阀30用于控制一喷嘴22的开启和关闭，由于不同的喷嘴22开启时，固体姿控动力系统的运行状态不同，因此，可以通过控制电磁阀30来控制喷嘴22的开启和关闭来实现固体姿控动力系统的驱动。

参见图2所示，燃发器10主要用于根据实际情况随时提供高温燃气，具体的，燃发器10包括壳体100、点火器102和出气口103，壳体100内填充有药柱101，这里，药柱101采用低燃温及低残渣的双基药，在燃烧时，端面燃烧产生稳定的高温燃气，能保持固体姿控动力系统的流量恒定。点火器102则设于壳体100的一端，点火器102其主要用于点燃壳体100内的药柱101，这里，点火器102通过系统控制采用电点燃的方式来实现，自动化程度高，安全有效。出气口103设于壳体100的一端，且其与点火器102位于壳体100的同一侧，出气口103与集气过滤组件连通，使燃发器10产生的高温燃气顺利进入至集气过滤组件内，根据实际的运行需求，来提供燃气。

进一步的，在壳体100的内侧面上还设有一层绝热层104，由于燃发器10在产生燃气的过程中，燃气的温度很高，因此，在壳体100的内侧面上设有一层具有良好隔热功效的绝热层104，能长时间地对壳体100进行高温的热防护。

参见图1所示，推力调整系统还包括上支撑板4，上支撑板4为一块呈长方形的扁平板，且具有较好的刚度和稳定性。具体的，上支撑板4上设有多个规律排列的固定通孔，固定通孔的直径与燃发器10的截面尺寸相匹配，能涂保证燃发器10竖直嵌设于固定通孔内，当需要多个燃发器10提供燃气时，上支撑板4能将多个燃发器10同时固定，保证整体更加紧凑，连接性更好。

参见图1所示，集气过滤组件主要用于过滤经燃发器10产生的高温燃气内可能参杂的药柱101燃烧残渣等异物，具体的，集气过滤组件包括集气环和过滤网，集气环的顶部与燃发器组1连接相通，集气环的底部与连接管4连接，过滤网用于过滤进入集气环内的燃气。其中，集气环具体包括集气上半环和集气下半环，集气上半环和集气下半环相互扣合能形成滤气腔，燃发器10的出气口103与集气上半环连接并与滤气腔连通，连接管4与集气下半环连接并与滤气腔连通，过滤网设于滤气腔内，将滤气腔横向隔断，过滤网用于过滤进入至集气上半环内的燃气，使进入集气下半环的燃气保持洁净的状态，保证后续各个部件能顺利导通燃气。

进一步的，由于整个系统在运行产生燃气的过程中，可能会出现压强过高的情况，而当系统压强过大时，会给整个系统造成一定的安全隐患，因此，在集气下半环的下方两侧上分别设有一电爆阀，当整个系统压强异常升高时，电爆阀将会自动开启并泄压，保证整个系统的运行安全。

参见图1所示，通气件20包括两根曲形管200，两根曲形管200的一端均与其中一连接件21连通，另一端均与另外一个连接件21连通，构成呈环形的气腔。从燃发器10产生的燃气依次通过集气上半环、过滤网、集气下半环，再经过连接管4后进入气腔，由喷嘴22喷出产生驱动力。优选的，喷嘴22采用三角形上窄下宽的结构，能更有利于气腔内的燃气从喷嘴22喷出。

参见图1所示，电磁阀组件包括6个电磁阀30，电磁阀30的个数和位置分别均与喷嘴22相对应，每一电磁阀30用于控制其中一喷嘴22的开启和闭合。电磁阀30采用PWM脉冲宽度调制技术控制喷嘴22的开启和闭合，通过控制电磁阀30启闭实现喷嘴22的脉冲工作，系统通过控制部分喷嘴22脉冲工作时开启时间宽度和关闭时间宽度来调整系统压强，进而实现改变系统有效推力的大小，使不同模式下的总推力能灵活调节。

电磁阀30与终端的控制系统连接，并由控制系统控制其开启和关闭。当位于两侧的其中一喷嘴22开启时，产生偏航力，当位于上侧或下侧的两个喷嘴22同时开启时，产生俯仰力，当位于上侧或下侧的位于对角线的喷嘴22同时工作时，产生滚转力。当系统不需要推力时，可同时开启位于对称方向上的喷嘴22，此时，两个喷嘴22产生的力相互抵消，则此组位于对称位置的喷嘴22产生的力称为抵消力，比如同时开启位于连接件两侧的两个喷嘴22，则这两个喷嘴22产生的力大小相同方向相反，而相互抵消，只存在抵消力时，系统则不产生驱动的力；当系统需要推力时，需要推力器2产生有效力，开启喷嘴22，并没有对应方向的喷嘴22产生与其抵消的力时，则产生有效力，比如，推力器2运行时的三个状态：俯仰模式、滚转模式或偏航模式，均为喷嘴22产生有效力的情况。

进一步的，系统还包括下支撑板，6个电磁阀30的一端均固定于下支撑板上，且连接管4穿过下支撑板后并与推力器2连通。下支撑板的设置能保证整体的结构更加紧凑，利于整个系统的运行。

本发明还提供一种基于PWM调整的推力调整系统的调整方法，首先点燃燃发器10，使产生的燃气依次通过通气件20和连接件21后从喷嘴22喷出，控制电磁阀30来开启或关闭喷嘴22，使推力器2实现预设的运行模式：俯仰模式、滚转模式或偏航模式。

其中，由于系统的燃发器10不会全部同时停止，因此，在运行时，一部分工作的喷嘴22会产生有效力，一部分喷嘴22会产生抵消力，剩下的喷嘴22则处于关闭状态，产生有效力的喷嘴22使推力器2实现预设的三个运行模式：俯仰模式、滚转模式或偏航模式。

具体的，若位于两个连接件21上端的两个喷嘴22开启，位于下端的两个喷嘴22关闭，且剩余喷嘴22不产生有效力，或位于上端的两个喷嘴22关闭，位于下端的两个喷嘴22开启，且剩余喷嘴22不产生有效力时，推力器2进入俯仰模式；若位于两个连接件21其中一对角线上的两个喷嘴22开启，位于另外一对角线上的两个喷嘴22关闭，且剩余喷嘴22不产生有效力时，推力器2进入滚转模式；若位于其中一连接件21一侧的喷嘴22开启，位于另一侧的喷嘴22关闭，剩余喷嘴22不产生有效力时，推力器2进入偏航模式。

进一步的，电磁阀30采用PWM脉冲宽度调制技术控制喷嘴22；系统的调整方法还包括以下步骤：根据产生有效力的喷嘴22的个数n，以及产生抵消力的喷嘴22的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值k，计算俯仰模式、滚转模式或偏航模式下总推力大小F＝nf/2k+n。其中，F为推力器2产生的总推力，n为产生有效力的喷嘴22的个数，f为一个燃发器10和一个喷嘴22工作时产生的作用力，k为产生抵消力的喷嘴22的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值。

具体的，一个燃发器10开启时理论上产生的流量是m，对应一个喷嘴22工作，此喷嘴22产生的力则就为为f。k称为占空比，其为一组产生抵消力的喷嘴22的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值，当k＝0时，得到最大总推力F＝f，k＝1时，系统得到最小总推力F＝nf/(2+n)，通过调整对称喷嘴22的脉冲工作占空比k，总推力F在f～nf/(2+n)之间可调。

采用PWM脉冲宽度调制技术控制电磁阀30的开启和关闭来实现喷嘴22脉冲工作，通过控制产生有效力的喷嘴脉冲工作时的开启时间宽度和关闭时间宽度，对整个系统的压强进行调节，从而实现对整个系统产生的总推力F的调节，相比于传统需要设计不同的燃发器10来提供不同的推力，或者在经常需要变换推力的情况下，设计许多流量不同的燃发器10的结构，此结构复杂程度大大降低，易于操作，且实现了系统的轻质化。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PWM调整的推力调整系统，其特征在于，其包括：

燃发器组(1)，其包括至少一个燃发器(10)；

推力器(2)，其包括：

-通气件(20)，其为中空结构，并与所述燃发器(10)连通；

-两个连接件(21)，两个所述连接件(21)均为中空结构，并分别设于所述通气件(20)的一端，每一所述连接件(21)的上端、下端及与所述通气件(20)连接面的对立面上均设有一喷嘴(22)；

电磁阀组件，其包括多个电磁阀(30)，每一所述电磁阀(30)用于控制一所述喷嘴(22)开启和关闭。

2.如权利要求1所述的一种基于PWM调整的推力调整系统，其特征在于：所述通气件(20)包括两根曲形管(200)，两根所述曲形管(200)的一端均与其中一所述连接件(21)连通，另一端均与另外一个所述连接件(21)连通，构成呈环形的气腔。

3.如权利要求1所述的一种基于PWM调整的推力调整系统，其特征在于，所述燃发器(10)包括：

壳体(100)，其内填充有药柱(101)；

点火器(102)，其设于所述壳体(100)的一端，用于点燃所述药柱(101)；

出气口(103)，其设于所述壳体(100)的一端且与所述点火器(102)同侧，所述出气口(103)与曲形管(200)连通。

4.如权利要求3所述的一种基于PWM调整的推力调整系统，其特征在于：所述壳体(100)的内侧面上设有一层绝热层(104)。

5.如权利要求1所述的一种基于PWM调整的推力调整系统，其特征在于：所述推力调整系统包括上支撑板(4)，所述上支撑板(4)上设有多个固定通孔，所述燃发器(10)竖直嵌设于所述固定通孔内。

6.如权利要求1所述的一种基于PWM调整的推力调整系统，其特征在于：所述电磁阀(30)采用PWM脉冲宽度调制技术控制所述喷嘴(22)。

7.一种如权利要求1所述的推力调整系统的调整方法，其特征在于：

点燃燃发器(10)，使产生的燃气依次通过通气件(20)和连接件(21)后从喷嘴(22)喷出，控制电磁阀(30)来开启或关闭所述喷嘴(22)，使所述推力器(2)实现预设的运行模式：俯仰模式、滚转模式或偏航模式。

8.如权利要求7所述的调整方法，其特征在于：

若位于两个所述连接件(21)上端的两个所述喷嘴(22)开启，位于下端的两个所述喷嘴(22)关闭，且剩余所述喷嘴(22)不产生有效力时，或位于上端的两个所述喷嘴(22)关闭，位于下端的两个所述喷嘴(22)开启，且剩余所述喷嘴(22)不产生有效力时，所述推力器(2)进入俯仰模式；

若位于两个所述连接件(21)其中一对角线上的两个所述喷嘴(22)开启，位于另外一对角线上的两个所述喷嘴(22)关闭，且剩余所述喷嘴(22)不产生有效力时，所述推力器(2)进入滚转模式；

若位于其中一所述连接件(21)一侧的所述喷嘴(22)开启，位于另一侧的所述喷嘴(22)关闭，且剩余所述喷嘴(22)不产生有效力时，所述推力器(2)进入偏航模式。

9.如权利要求8所述的调整方法，其特征在于：

所述电磁阀(30)采用PWM脉冲宽度调制技术控制所述喷嘴(22)；

所述调整方法还包括以下步骤：

根据产生有效力的所述喷嘴(22)的个数n，以及产生抵消力的所述喷嘴(22)的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值k，计算所述俯仰模式、滚转模式或偏航模式下总推力大小F＝nf/(2k+n)；

其中，F为所述推力器(2)产生的总推力，n为产生有效力的所述喷嘴(22)的个数，f为一个所述燃发器(10)和一个所述喷嘴(22)工作时产生的作用力，k为产生抵消力的所述喷嘴(22)的开启时间宽度与一次脉冲时间宽度的比值。

10.如权利要求9所述的调整方法，其特征在于：通过控制所述电磁阀(30)的开启时间，来对所述k在0～1之间进行调节。