CN110242441A - 一种新型球窝塞式矢量喷管 - Google Patents

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Abstract

一种新型球窝塞式矢量喷管，包括固定喷管壳体、活动喷管壳体、塞锥；所述的活动喷管壳体与固定悬置在其内部的塞锥为一体结构，所述塞锥的外周面与所述活动喷管壳体的内型面配合形成收敛段和扩张段；活动喷管壳体的前段与固定喷管壳体的后段之间采用球面副的方式连接，通过安装在活动喷管壳体外型面的活动体支耳与伺服系统连接，驱动活动喷管壳体带动塞锥摆动。

Description

一种新型球窝塞式矢量喷管
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机推力矢量技术，特别涉及一种新型球窝塞式矢量喷管。
背景技术
传统的轴对称塞式喷管的中心锥是通过固定连接方式连接在喷管的筒体上，而矢量调节的实现一般分为两种：一种将筒体设计为前后两个球面段，通过作动系统及连接机构驱动后段球面段实现矢量调节，此种结构的喷管外廓尺寸较大，重量较重，对于外廓尺寸要求严格的发动机不容易实现；另一种通过作动系统将喷管筒体整体偏转，其作动力大且机构复杂，因此需要设计一种实现轴对称塞式喷管全向矢量调节的简易机构。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型球窝塞式矢量喷管。
本发明的技术解决方案是：一种新型球窝塞式矢量喷管，包括固定喷管壳体、活动喷管壳体、塞锥；所述的活动喷管壳体与固定悬置在其内部的塞锥为一体结构，所述塞锥的外周面与所述活动喷管壳体的内型面配合形成收敛段和扩张段；活动喷管壳体的前段与固定喷管壳体的后段之间采用球面副的方式连接，通过安装在活动喷管壳体外型面的活动体支耳与伺服系统连接，驱动活动喷管壳体带动塞锥摆动。
优选的，所述固定喷管壳体前段为圆柱型平直段，后段外型面为球面；所述活动喷管壳体前段具有与固定喷管壳体后段外型面形状和大小相匹配的内型面；还包括一个挡环，所述的挡环前段为圆柱型平直段，通过凸台与固定喷管壳体配合定位，后段具有与活动喷管壳体前段外型面形状和大小相匹配的内型面；活动喷管壳体前段与固定喷管壳体后段与挡环后段之间构成球面副的连接方式。
优选的，所述的固定喷管壳体后段球面前端设有凸台，用于限制活动喷管壳体旋转角度，轴向定位。
优选的，所述活动体喷管壳体包括依次连接的球形面、圆柱面和圆面，所述塞锥包括依次连接的圆弧段和锥形段，所述圆弧段的外周面与所述圆柱面相配合形成收敛段，所述锥形段的外周面与所述圆面相配合形成扩张段。
优选的，所述的塞锥与活动喷管壳体之间通过连接板连接成一体结构。
优选的，所述塞锥圆弧段的端面与连接板连接。
优选的，所述连接板为4～6个，且沿周向均布。
优选的，所述固定喷管壳体后段球面与所述活动喷管壳体前段球面之间安装有密封圈，保证喷管旋转时的密封性良好。
优选的，所述活动体支耳至少2个，沿周向均布。
优选的，所述的活动喷管壳体与塞锥、连接板采用耐烧蚀材料制成。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)结构简单，操作方便
本发明将活动喷管与塞锥设计为一体化机构，使得运动构件少，有效减小传统的轴对称塞式喷管外廓尺寸，易于操作。
(2)可实现全向矢量调节
本发明通过伺服系统有效控制活动喷管壳体一体化结构，实现塞式喷管的全向矢量调节。
(3)可有效减小摆动力矩
本发明通过球面副形式实现转动，使得喷管摆动克服的摩擦力矩大大减小，机动性增强，有效降低伺服电机使用要求。
(4)可有效降低成本
本发明摆动结构均属于金属构件，相较于成熟的柔性摆动部件使用的橡胶材料工艺更加成熟，使用成本降低。
附图说明
图1、2为本发明不同视角三维视图；
图3为本发明剖视图；
图4为本发明固定喷管壳体剖视图；
图5为本发明活动喷管壳体与塞锥一体化结构示意图；
图6为本发明挡环剖视图；
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图1至图6对本发明新型球窝塞式矢量喷管做进一步详细说明。
本发明提供了一种新型球窝塞式矢量喷管，包括固定喷管壳体1、活动喷管壳体2、塞锥3、挡环4、连接板5，活动体支耳6；
固定喷管壳体1为一个，前段7为圆柱型平直段，用于连接燃烧室壳体，后段8外型面为球面，前后过渡段9为凸台，用于限制活动壳体2旋转角度，轴向定位；
活动喷管壳体2为一个，前段10具有与固定喷管壳体后段8外型面形状和大小相匹配的内型面，并构成球面副，中段11为圆柱面，后段12为圆面；
塞锥3为一个，通过所述连接板5连接，固定悬置在所述活动喷管壳体2内，成一体结构，连接板5可为4～6个，沿周向均匀分布，塞锥前段13为圆弧段，与圆柱面11相配合形成收敛段，后段14为锥形段与圆面12相配合形成扩张段；
挡环4为一个，前段15为圆柱型平直段，通过凸台与固定喷管壳体1配合定位，可加强连接强度，比如通过螺纹，后段16具有与活动喷管壳体前段10外型面形状和大小相匹配的内型面，构成球面副；
活动体支耳6为两个，通过螺纹连接17活动喷管壳体，沿周向均匀分布，与伺服系统连接，驱动活动喷管壳体2摆动，具体位置与伺服系统安装位置配合。其中每个支耳的螺纹17连接为3个。
固定喷管壳体后段8与活动喷管壳体前段10之间安装有密封圈，保证喷管旋转时的密封性良好。
塞锥3由高温耐烧蚀材料制成，减少高温燃气对塞锥4的严重烧蚀。
活动喷管壳体2由高温耐烧蚀材料制成，保证工作时，不会由于材料的受热膨胀使得活动喷管壳体2与塞锥4之间的面积变大，进而影响喷管性能。
以上述6个连接板5为例，当新型球窝塞式矢量喷管进行矢量调节时，与支耳连接的两个伺服电机作动，具体的每一个电机作动是伸长或收缩可以根据调节需要进行适合的控制，例如可以控制位于(相对的)上部的电机18伸长，位于左侧的电机保持不动，此时电机带动活动喷管壳体2及塞锥3一体化结构沿顺时针方向(参照图3所示的视图方向)摆动，从而实现喷管的矢量调节；后续可根据具体调节方向在适当方位增加支耳，具体的调节原理类似，不再一一赘述。
本发明的新型球窝塞式矢量喷管，结构简单可靠，能有效的实现矢量调节，满足不同工作高度的固体火箭发动机的需要。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新型球窝塞式矢量喷管，其特征在于，包括固定喷管壳体、活动喷管壳体、塞锥；所述的活动喷管壳体与固定悬置在其内部的塞锥为一体结构，所述塞锥的外周面与所述活动喷管壳体的内型面配合形成收敛段和扩张段；活动喷管壳体的前段与固定喷管壳体的后段之间采用球面副的方式连接，通过安装在活动喷管壳体外型面的活动体支耳与伺服系统连接，驱动活动喷管壳体带动塞锥摆动。
2.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：所述固定喷管壳体前段为圆柱型平直段，后段外型面为球面；所述活动喷管壳体前段具有与固定喷管壳体后段外型面形状和大小相匹配的内型面；还包括一个挡环，所述的挡环前段为圆柱型平直段，通过凸台与固定喷管壳体配合定位，后段具有与活动喷管壳体前段外型面形状和大小相匹配的内型面；活动喷管壳体前段与固定喷管壳体后段与挡环后段之间构成球面副的连接方式。
3.根据权利要求2所述的喷管，其特征在于：所述的固定喷管壳体后段球面前端设有凸台，用于限制活动喷管壳体旋转角度，轴向定位。
4.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：所述活动体喷管壳体包括依次连接的球形面、圆柱面和圆面，所述塞锥包括依次连接的圆弧段和锥形段，所述圆弧段的外周面与所述圆柱面相配合形成收敛段，所述锥形段的外周面与所述圆面相配合形成扩张段。
5.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：所述的塞锥与活动喷管壳体之间通过连接板连接成一体结构。
6.根据权利要求4所述的喷管，其特征在于：所述塞锥圆弧段的端面与连接板连接。
7.依据权利要求5或6所述的喷管，其特征在于：所述连接板为4～6个，且沿周向均布。
8.依据权利要求1所述的喷管，其特征在于：所述固定喷管壳体后段球面与所述活动喷管壳体前段球面之间安装有密封圈，保证喷管旋转时的密封性良好。
9.依据权利要求1所述的喷管，其特征在于：所述活动体支耳至少2个，沿周向均布。
10.依据权利要求5所述的喷管，其特征在于：所述的活动喷管壳体与塞锥、连接板采用耐烧蚀材料制成。
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