CN110966117A - 一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高超声速飞行器姿控动力技术领域，公开了一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，反作用控制装置通过防护安装机构固定于飞行器尾部底板上，反作用控制装置包括通过管路依次连接的气瓶、金属膜片贮箱和推力发动机，气瓶出口端通过电爆阀与金属膜片贮箱进气端连接，推力发动机的推进剂进口端设置有电磁阀，金属膜片贮箱的出口与推力发动机推进剂进口端的电磁阀进口连通，且金属膜片贮箱的出口与电磁阀之间设置有破裂膜片。本发明的推进剂的管理及使用安全可靠，反作用控制装置的安装满足强度和刚度要求，推力发动机喷管增加防热保护罩，避免喷管承受严酷的气动加热，反作用控制装置可适应高超声速飞行器长时间的安全飞行。

Description

一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器姿控动力技术领域，具体涉及一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构。

背景技术

高超声速飞行器在高空稀薄大气层飞行时，飞行动压较小，空气舵控制效率较低，为确保飞行器姿态稳定飞行，需采用反作用控制装置进行姿态稳定控制。反作用控制装置是指利用推力器产生的反作用力或力矩对飞行器进行轨道控制和姿态控制的一种装置，它肩负飞行器在高空飞行时姿态稳定的飞行任务。为适应长时间的安全飞行，反作用控制装置的安装固定需要保证一定强度和刚度，而且，外部喷管需要避免承受严酷的气动加热，且推力剂的贮存管理及使用均需要安全可靠。因此如何设计一种可靠的高超声速飞行器反作用控制装置及防护安装机构，已成为高超声速飞行器研制急需解决的关键技术之一。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，推进剂的管理及使用安全可靠，可适应高超声速飞行器长时间的安全飞行。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，反作用控制装置通过防护安装机构固定于飞行器尾部底板上，反作用控制装置包括通过管路依次连接的气瓶、金属膜片贮箱和推力发动机，气瓶出口端通过电爆阀与金属膜片贮箱进气端连接，金属膜片贮箱内贮存有推进剂，推力发动机的推进剂进口端设置有电磁阀，金属膜片贮箱的出口与推力发动机推进剂进口端的电磁阀进口连通，且金属膜片贮箱的出口与推力发动机推进剂进口端的电磁阀之间设置有破裂膜片。

进一步地，金属膜片贮箱包括两个半球形壳，两个半球形壳通过法兰对接形成的带中空容置腔的壳体，壳体的中空容置腔内设置有金属隔离膜片，金属隔离膜片将壳体的中空容置腔分割为第一容置腔和第二容置腔，第一容置腔与电爆阀的出口端连通，第二容置腔与推力发动机推进剂进口端的电磁阀进口连通；破裂膜片与第二容置腔出口端之间设置有推进剂加注阀，金属膜片贮箱、破裂膜片与加注阀共同组成推进剂贮存系统。

进一步地，气瓶的进口端设置有与气源接通的充气阀，电爆阀与金属膜片贮箱之间设置有减压阀，减压阀与金属膜片贮箱之间设置有安全阀，充气阀、气瓶、电爆阀、减压阀和安全阀共同组成反作用控制装置的供气系统。

进一步地，底板采用9mm玻璃钢加3mm钢板的复合结构，防护安装机构包括设置于底板内侧用于安装气瓶的安装支架和用于安装金属膜片贮箱的环形贮箱支架；气瓶通过箍带固定在安装支架上，环形贮箱支架位于底板内侧的中间位置，环形贮箱支架上设置有安装孔，金属膜片贮箱的法兰上设置有与安装孔相对应的通孔，金属膜片贮箱通过螺栓固定于环形贮箱支架上。

进一步地，推力发动机包括均设置于底板外侧的两台200N发动机和六台100N发动机，每台发动机的推进剂进口端均设置有电磁阀；每台发动机的喷管出口部位加装玻璃钢材料制得的导流筒。

进一步地，防护安装机构还包括固定于底板外侧的防热保护罩，防热保护罩采用7mm玻璃钢加2mm钢板的复合结构，防热保护罩罩住推力发动机，防热保护罩上开设有与推力发动机喷管出口位置相对应的喷气孔。

进一步地，管路上设置有多个分别用于测定气瓶气压、金属膜片贮箱气压以及推力发动机推进剂进口端液压的测压口，测压口内均设置有压力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的推进剂的管理及使用安全可靠，反作用控制装置的安装满足强度和刚度要求，推力发动机喷管增加防热保护罩，避免喷管承受严酷的气动加热，反作用控制装置可适应高超声速飞行器长时间的安全飞行。

附图说明

图1为实施例中高超声速飞行器反作用控制装置结构及原理示意图；

图2为实施例中气瓶与安装支架的连接示意图；

图3为实施例中金属膜片贮箱与环形贮箱支架的连接示意图；

图4为实施例中高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构的安装结构示意图；

图5为实施例中高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构的立体结构图；

其中，1、气瓶；2、金属膜片贮箱；3、推力发动机；4、电爆阀；5、电磁阀；6、破裂膜片；7、半球形壳；8、法兰；9、金属隔离膜片；10、第一容置腔；11、第二容置腔；12、加注阀；13、充气阀；14、减压阀；15、安全阀；16、安装支架；17、箍带；18、环形贮箱支架；19、测压口；20、底板；21、防热保护罩。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

参见图1-5，一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，反作用控制装置通过防护安装机构固定于飞行器尾部底板20上，反作用控制装置包括通过管路依次连接的气瓶1、金属膜片贮箱2和推力发动机3，气瓶1出口端通过电爆阀4与金属膜片贮箱2进气端连接，金属膜片贮箱2内贮存有推进剂，推力发动机3的推进剂进口端设置有电磁阀5，金属膜片贮箱2的出口与推力发动机3推进剂进口端的电磁阀5进口连通，且金属膜片贮箱2的出口与推力发动机3推进剂进口端的电磁阀5之间设置有破裂膜片6。

在本实施例中，飞行器控制系统按照飞行时序给反作用控制装置电爆阀4通电，打开电爆阀4，气瓶1内的高压气体进入金属膜片贮箱2，将金属膜片贮箱2内的推进剂挤出并对破裂膜片6产生挤压作用，破裂膜片6在压力作用下破裂，推进剂向下游充填到发动机电磁阀5前；当控制系统根据姿态要求需要调整姿态时，由控制系统通过控制电缆向相应功能的推力发动机3电磁阀5供电，使推进剂进入推力发动机3实现发动机的开启，推进剂进入发动机催化分解产生高温、高压燃气，并经喷管喷出产生姿态控制所需的反作用推力，姿态满足飞行要求后，控制系统给相应发动机断电实现发动机的关闭。本发明的推进剂的管理及使用安全可靠，可适应高超声速飞行器长时间的安全飞行。

金属膜片贮箱2包括两个半球形壳7，两个半球形壳7通过法兰8对接形成的带中空容置腔的壳体，壳体的中空容置腔内设置有金属隔离膜片9，金属隔离膜片9将壳体的中空容置腔分割为第一容置腔10和第二容置腔11，第一容置腔10与电爆阀4的出口端连通，第二容置腔11与推力发动机3推进剂进口端的电磁阀5进口连通；破裂膜片6与第二容置腔11出口端之间设置有推进剂加注阀12，金属膜片贮箱2、破裂膜片6与加注阀12共同组成推进剂贮存系统。推进剂贮存于第二容置腔11内，电爆阀4打开后，气瓶1内的气体进入第一容置腔10，对金属隔离膜片9产生挤压，将第二容置腔11内的推进剂挤出至破裂膜片6处对破裂破片产生压力；破裂膜片6与容置腔出口端之间设置有推进剂加注阀12，可以在第二容置腔11内的推进剂使用完后，加注阀12及时向金属膜片贮箱2内补充推进剂。

气瓶1的进口端设置有与气源接通的充气阀13，电爆阀4与金属膜片贮箱2之间设置有减压阀14，减压阀14与金属膜片贮箱2之间设置有安全阀15，充气阀13、气瓶1、电爆阀4、减压阀14和安全阀15共同组成反作用控制装置的供气系统。气瓶1内的气体在电爆阀4打开后，通过减压阀14减压后进入金属膜片贮箱2，防止气体直接进入金属膜片贮箱2后对金属膜片贮箱2内的膜片产生较大的冲击作用而使金属膜片破裂，规避了金属膜片破裂后推进剂倒流进入气瓶1内的问题产生；减压阀14与金属膜片贮箱2之间设置有安全阀15，当进入金属膜片贮箱2内的气压过大时，安全阀15会自动打开，调节气压，保证金属膜片贮箱2在安全气压范围内使用，进一步保证了推进剂的使用安全。

底板20采用9mm玻璃钢加3mm钢板的复合结构，防护安装机构包括设置于底板20内侧用于安装气瓶1的安装支架16和用于安装金属膜片贮箱2的环形贮箱支架18；气瓶1通过箍带17固定在安装支架16上，环形贮箱支架18位于底板20内侧的中间位置，环形贮箱支架18上设置有安装孔，金属膜片贮箱2的法兰8上设置有与安装孔相对应的通孔，金属膜片贮箱2通过螺栓固定于环形贮箱支架18上。

推力发动机3包括均设置于底板20外侧的两台200N发动机和六台100N发动机，每台发动机的推进剂进口端均设置有电磁阀5；每台发动机的喷管出口部位加装玻璃钢材料制得的导流筒。

防护安装机构还包括固定于底板20外侧的防热保护罩21，防热保护罩21采用7mm玻璃钢加2mm钢板的复合结构，防热保护罩21罩住推力发动机3，防热保护罩21上开设有与推力发动机3喷管出口位置相对应的喷气孔。

管路上设置有多个分别用于测定气瓶1气压、金属膜片贮箱2气压以及推力发动机3推进剂进口端液压的测压口19，测压口19内均设置有压力传感器，形成测压系统，为飞行器控制系统及时反馈管路上各相关监测点的气压或液压值。

本实施例中的反作用控制装置安装在飞行器后底板20上，其中，供气系统、推进剂贮存系统、测压系统以及相关管路均在在底板20内侧，推力发动机3安装在底板20外侧，并加装防热保护罩21。底板20采用9mm玻璃钢+3mm钢板的结构，防热保护罩21采用7mm玻璃钢+2mm钢板的结构，喷管出口部位加装导流筒结构，导流筒采用玻璃钢材料，在底板20上预留两个直径50mm的通孔，用于安分离插座防护罩，安装孔外层安装10mm玻璃钢进行包裹防护。推进剂贮存系统布置于底板20的中间位置，通过与固定于底板20的环形贮箱支架18进行螺栓连接实现金属膜片贮箱2的固定；供气系统气瓶1布置在底板20一侧，在底板20上安装气瓶1支架，并通过箍带17将气瓶1固定在气瓶1支架上；其它控制阀门等利用底板20上凸台，通过螺栓进行固定，管路贴近底面就近进行捆扎固定。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，所述反作用控制装置通过防护安装机构固定于飞行器尾部底板(20)上，其特征在于：所述反作用控制装置包括通过管路依次连接的气瓶(1)、金属膜片贮箱(2)和推力发动机(3)，所述气瓶(1)出口端通过电爆阀(4)与金属膜片贮箱(2)进气端连接，所述金属膜片贮箱(2)内贮存有推进剂，所述推力发动机(3)的推进剂进口端设置有电磁阀(5)，所述金属膜片贮箱(2)的出口与推力发动机(3)推进剂进口端的电磁阀(5)进口连通，且所述金属膜片贮箱(2)的出口与推力发动机(3)推进剂进口端的电磁阀(5)之间设置有破裂膜片(6)。

2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，其特征在于：所述金属膜片贮箱(2)包括两个半球形壳(7)，两个半球形壳(7)通过法兰(8)对接形成的带中空容置腔的壳体，所述壳体的中空容置腔内设置有金属隔离膜片(9)，所述金属隔离膜片(9)将壳体的中空容置腔分割为第一容置腔(10)和第二容置腔(11)，所述第一容置腔(10)与电爆阀(4)的出口端连通，所述第二容置腔(11)与推力发动机(3)推进剂进口端的电磁阀(5)进口连通；所述破裂膜片(6)与所述第二容置腔(11)出口端之间设置有推进剂加注阀(12)，所述金属膜片贮箱(2)、破裂膜片(6)与加注阀(12)共同组成推进剂贮存系统。

3.根据权利要求2所述的高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，其特征在于：所述气瓶(1)的进口端设置有与气源接通的充气阀(13)，所述电爆阀(4)与所述金属膜片贮箱(2)之间设置有减压阀(14)，所述减压阀(14)与所述金属膜片贮箱(2)之间设置有安全阀(15)，所述充气阀(13)、气瓶(1)、电爆阀(4)、减压阀(14)和安全阀(15)共同组成反作用控制装置的供气系统。

4.根据权利要求3所述的高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，其特征在于：所述底板采用9mm玻璃钢加3mm钢板的复合结构，所述防护安装机构包括设置于底板内侧用于安装气瓶(1)的安装支架(16)和用于安装金属膜片贮箱(2)的环形贮箱支架(18)；所述气瓶(1)通过箍带(17)固定在安装支架(16)上，所述环形贮箱支架(18)位于底板内侧的中间位置，所述环形贮箱支架(18)上设置有安装孔，所述金属膜片贮箱(2)的法兰(8)上设置有与安装孔相对应的通孔，所述金属膜片贮箱(2)通过螺栓固定于环形贮箱支架(18)上。

5.根据权利要求1所述的高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，其特征在于：所述推力发动机(3)包括均设置于底板外侧的两台200N发动机和六台100N发动机，每台发动机的推进剂进口端均设置有电磁阀(5)；每台发动机的喷管出口部位加装玻璃钢材料制得的导流筒。

6.根据权利要求5所述的高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，其特征在于：所述防护安装机构还包括固定于所述底板外侧的防热保护罩(21)，所述防热保护罩(21)采用7mm玻璃钢加2mm钢板的复合结构，所述防热保护罩(21)罩住推力发动机(3)，所述防热保护罩(21)上开设有与推力发动机(3)喷管出口位置相对应的喷气孔。

7.根据权利要求1所述的高超声速飞行器反作用控制装置及其防护安装机构，其特征在于：所述管路上设置有多个分别用于测定气瓶(1)气压、金属膜片贮箱(2)气压以及推力发动机(3)推进剂进口端液压的测压口(19)，所述测压口(19)内均设置有压力传感器。

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