CN114537680B - 一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，本申请包括：喷管、舵机支架和四组燃气舵组件及其对应的四个伺服电机；喷管上设置有四个耳片用于固定舵机支架；舵机支架通过上表面的螺纹孔与燃气舵组件连接，舵机支架通过下表面的螺纹孔连接伺服电机。本申请提供的弹射座椅燃气舵推力矢量喷管，结构简单，体积小巧，适应性强，可在现有弹射座椅火箭包上直接进行改造，成本低。本申请使用较长的燃气舵片并采用“十字”型布局，可提供较大的侧向力。本申请提供的弹射座椅燃气舵推力矢量喷管，搭配伺服电机控制系统，可实现弹射座椅所有旋转方向上的姿态控制，性能全面，稳定可靠。
Description
技术领域
本申请涉及弹射座椅推力矢量装置技术领域，特别涉及一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管。
背景技术
战斗机搭载的弹射座椅在椅盆底部安装火箭包，用于产生弹射时的推力，但传统弹射座椅火箭包只能根据火箭包安装角提供单一方向的推力，不能实现对弹射座椅空中姿态的主动调节，在低空不利姿态下的弹射救生效果还有待提高。目前，弹射座椅已经发展到第四代研制阶段，其主要任务，是利用传感器的实时测量数据，结合可控推力技术，保证弹射座椅在所有飞行状态下都可以实现安全弹射，进一步增大弹射救生包线。因此，弹射座椅推力矢量装置，是第四代弹射座椅技术发展的前提和硬需求。
目前弹射座椅推力矢量装置相关研究较少，主要有“H”形火箭包喷口和扰流片式推力矢量喷管两种，前者工程实现难度过大，缺乏成熟的设计与控制方案；后者结构简单，实现难度相对较小，但产生的侧向力有限，且会造成较多的推力损失。因此，目前暂时没有成熟的弹射座椅推力矢量装置技术。
发明内容
本申请提供了及一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，可用于解决现有的弹射座椅推力矢量装置产生的侧向力有限的技术问题。
本申请提供一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，所述弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管包括：
喷管、舵机支架和四组燃气舵组件及其对应的四个伺服电机；
喷管上设置有四个耳片用于固定舵机支架；
舵机支架通过上表面的螺纹孔与燃气舵组件连接，舵机支架通过下表面的螺纹孔连接伺服电机；
每组燃气舵组件的结构相同，任一燃气舵组件包括轴承架、舵片架、燃气舵片、第一轴承、第二轴承及扇形圆锥齿轮；
其中，所述舵片架呈L形，一端为T形开口结构，固定有所述燃气舵片，另一端为圆轴段，用于带动燃气舵片绕该轴偏转；
舵片架的转轴通过第一轴承和第二轴承设置在轴承架上，并在末端安装紧定螺钉进行轴向固定，轴承端盖用于固定第二轴承；
舵片架的圆轴段和扇形圆锥齿轮的轴孔铣设置有键槽。
可选的，舵机支架上周向分布了四个与伺服电机安装适配的凹槽；
所述扇形圆锥齿轮从上方伸入凹槽的槽坑内，伺服电机的圆锥齿轮从下方伸入凹槽的圆孔内，与扇形圆锥齿轮啮合。
可选的，四个燃气舵组件均匀分布在喷管四周，四片燃气舵片形成十字型结构；
对侧两组燃气舵片的转轴分别平行及垂直于弹射座椅对称面，燃气舵片偏转角度为-18°～18°。
可选的，燃气舵片的前缘与舵片架上的转轴轴线共线，对侧两燃气舵片的前缘末端所留间隔小于5mm，末端为斜切边。
本申请与现有技术相比，其显著优点为：本申请采用的燃气舵式推力矢量喷管结构简单，工作可靠，安装在弹射座椅上时，不需要对座椅的结构及布局做过多改变，可在现有的弹射座椅火箭包直接进行升级改造，成本低，研制周期短，更易开展试验和量产；采用较长的燃气舵片组成“十字”型布局，配合较大的偏转角度，可以提供更大的偏转力；四组舵片相互配合，可实现弹射座椅的俯仰、滚转及偏航进行所有旋转方向的控制；扇形圆锥齿轮的设计，使得电机可以垂直于舵片偏转轴线布置，利用了喷管后方的空间，减小了整套装置的体积；扇形圆锥齿轮在槽坑中旋转角度过大时将会撞上槽坑内壁，利用改变槽坑的长度实现对舵片偏转角的物理限位效果，而不需要再增加其他限位装置。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种舵机支架的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种燃气舵组件与伺服电机传动示意图；
图4为本申请实施例提供的一种燃气舵组件的安装结构图；
图5为本申请实施例提供的一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管的安装示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
下面首先结合图1对本申请实施例适进行介绍。
请参考图1，其示例性示出了本申请实施例适用的一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管。
喷管1、舵机支架2和四组燃气舵组件及其对应的四个伺服电机8。
喷管1上设置有四个耳片用于固定舵机支架2。
舵机支架2通过上表面的螺纹孔与燃气舵组件连接，舵机支架2通过下表面的螺纹孔连接伺服电机8。
每组燃气舵组件的结构相同，任一燃气舵组件包括轴承架3、舵片架4、燃气舵片5、第一轴承9、第二轴承10及扇形圆锥齿轮11。
其中，舵片架4呈“L”形，一端为“T”形开口结构，固定有燃气舵片5，另一端为圆轴段，用于带动燃气舵片5绕该轴偏转。
舵片架4的转轴通过第一轴承9和第二轴承10设置在轴承架3上，并在末端安装紧定螺钉6进行轴向固定，轴承端盖7用于固定第二轴承10。
舵片架4的圆轴段和扇形圆锥齿轮11的轴孔铣设置有键槽。通过键12传递扭矩。
舵机支架2上周向分布了四个与伺服电机8安装适配的凹槽2-1。
扇形圆锥齿轮11从上方伸入凹槽2-1的槽坑内，伺服电机8的圆锥齿轮从下方伸入凹槽2-1的圆孔内，与扇形圆锥齿轮11啮合。
四个燃气舵组件均匀分布在喷管1四周，四片燃气舵片5形成“十字”型结构。
对侧两组燃气舵片5的转轴分别平行及垂直于弹射座椅对称面，燃气舵片5偏转角度为-18°～18°。
燃气舵片5的前缘与舵片架4上的转轴轴线共线，对侧两燃气舵片5的前缘末端所留间隔小于5mm，末端为斜切边。以避免燃气舵片5转动过程的干涉。
由于仅有舵机支架2需要与喷管连接，本发明对安装环境的要求较小，适应性强；四组燃气舵组件在舵机支架2上间隔90°沿喷管周向均匀分布。四片燃气舵片5在喷管出口后方呈现为“十字”型布局，通过偏转燃气舵片5改变燃气方向，使发动机输出垂直于喷管轴的侧向力，从而提供使弹射座椅姿态发生改变的推力矩。
如图2所示，为舵机支架2的结构图，其中间为圆孔，用于装入喷管1，圆孔外围4个大螺丝孔用于固定喷管。舵机支架2沿圆孔周向分布4个凹槽2-1，凹槽2-1由未完全贯穿的槽坑和一个完全贯穿的圆孔组合而成，结合图3，槽坑用于装入向下伸出的扇形圆锥齿轮11，圆孔用于装入向上伸出的伺服电机8的圆锥齿轮，两个齿轮在凹槽2-1中啮合。再结合图4，舵机支架2的上下两个平面都在凹槽四周留有螺丝孔，分别用于固定轴承架3及伺服电机8。
图3所示为燃气舵组件与伺服电机传动示意图，圆锥齿轮平稳性好，可以传递大扭力，运转时具有良好的稳定性，伺服电机8的圆锥齿轮和扇形圆锥齿轮11的交角为90°，结合图1，这使得伺服电机8可以直接垂直于舵片架4的转动轴安装，而不需要额外的转向设备，使得本发明弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管体积小巧，安装上更有优势。
根据需求舵偏角的不同可以适当增加或减小扇形圆锥齿轮11的中心角。结合图2，凹槽2-1中槽坑的内壁可起到对燃气舵片5偏转角的限位功能，扇形圆锥齿轮11在凹槽内转动角度过大时，其端面将碰上槽坑内壁无法继续运动。根据燃气舵片5设计偏转角范围的不同，可以灵活改变槽坑长度，而不需要额外的限位装置。燃气舵片5的根部为“T”形突出结构，舵片架4一端为“T”形开口结构，并在侧面留有螺丝孔，将燃气舵片5嵌入舵片架后，装入紧定螺钉实现燃气舵片5与舵片架4的完全固定。
图4所示为燃气舵组件的安装示意图，燃气舵片5长度接近喷管中心，这样可以获得更大的侧向力，且上部做斜切处理，以避免燃气舵片5偏转时相邻舵片发生碰撞。舵片架4整体呈“L”形结构，裸露在外的部分用于连接燃气舵片5，而隐藏在轴承架3内的部分为圆轴段，该圆轴段穿过轴承9和轴承10，圆轴段端面钻螺丝孔，旋入紧定螺钉6实现其轴向固定，轴承端盖7用于固定轴承10，并起到一定保护作用。舵片架4中间为空槽，扇形圆锥齿轮11在其中可进行转动。舵片架4的圆轴段和扇形圆锥齿轮11的轴孔内留有键槽，通过键12实现舵片架4和扇形圆锥齿轮11的周向定位，并传递扭矩。在某些实施例中，需要燃气舵片5偏转一定的角度，则对伺服电机8发出相应控制指令，其圆锥齿轮转动，并通过扇形圆锥齿轮11将扭矩传递到舵片架4，带动燃气舵片5偏转。四片燃气舵片5将喷管后方空间分成四个区域，燃气舵片5的前缘和舵片架4的转轴共线，这样在燃气舵片5偏转时，每个区域获得的气流都是近似不变的，这对维持舵片升力的线性度有一定帮助，且在某些伺服电机8失效的情况下，这种设计仍旧可以保证舵片受气流作用保持在中间输出直线推力。
图5所示为弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管的安装示意图，飞行员1-1坐于弹射座椅1-2中，1-3为本发明弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管。对侧两片燃气舵片5的转轴共线，其中两片的轴线处于弹射座椅1-2轴对称面内，另两片的轴线垂直于弹射座椅1-2的轴对称面。垂直于弹射座椅1-2轴对称面的两片燃气舵片5同步偏转时，可以实现弹射座椅的俯仰控制；在弹射座椅1-2轴对称面的两片燃气舵片5同步偏转时，可以实现弹射座椅的滚转控制；当四片燃气舵片5进行差动偏转时，即可实现弹射座椅的偏航控制。
本申请采用的燃气舵式推力矢量喷管结构简单，工作可靠，适应性强，安装在弹射座椅上时，不需要对座椅的结构及布局做过多改变，可在现有的弹射座椅火箭包直接进行升级改造，成本低，研制周期短，更易开展试验和量产；采用较长的燃气舵片组成“十字”型布局，配合较大的偏转角度，可以提供更大的偏转力；四组舵片相互配合，可实现弹射座椅的俯仰、滚转及偏航进行所有旋转方向的控制，性能较全面，搭配伺服电机成熟的控制方案，可对弹射座椅实现可靠的控制；扇形圆锥齿轮的设计，使得电机可以垂直于舵片偏转轴线布置，利用了喷管后方的空间，减小了整套装置的体积；扇形圆锥齿轮在槽坑中旋转角度过大时将会撞上槽坑内壁，利用改变槽坑的长度实现对舵片偏转角的物理限位效果，而不需要再增加其他限位装置。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (4)
1.一种弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，其特征在于，所述弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管包括：
喷管(1)、舵机支架(2)和四组燃气舵组件及其对应的四个伺服电机(8)；
喷管(1)上设置有四个耳片用于固定舵机支架(2)；
舵机支架(2)通过上表面的螺纹孔与燃气舵组件连接，舵机支架(2)通过下表面的螺纹孔连接伺服电机(8)；
每组燃气舵组件的结构相同，任一燃气舵组件包括轴承架(3)、舵片架(4)、燃气舵片(5)、第一轴承(9)、第二轴承(10)及扇形圆锥齿轮(11)；
其中，所述舵片架(4)呈L形，一端为T形开口结构，固定有所述燃气舵片(5)，另一端为圆轴段，用于带动燃气舵片(5)绕该轴偏转；
舵片架(4)的转轴通过第一轴承(9)和第二轴承(10)设置在轴承架(3)上，并在末端安装紧定螺钉(6)进行轴向固定，轴承端盖(7)用于固定第二轴承(10)；
舵片架(4)的圆轴段和扇形圆锥齿轮(11)的轴孔铣设置有键槽。
2.根据权利要求1所述的弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，其特征在于，
舵机支架(2)上周向分布了四个与伺服电机(8)安装适配的凹槽(2-1)；
所述扇形圆锥齿轮(11)从上方伸入凹槽(2-1)的槽坑内，伺服电机(8)的圆锥齿轮从下方伸入凹槽(2-1)的圆孔内，与扇形圆锥齿轮(11)啮合。
3.根据权利要求2所述的弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，其特征在于，
四个燃气舵组件均匀分布在喷管(1)四周，四片燃气舵片(5)形成十字型结构；
对侧两组燃气舵片(5)的转轴分别平行及垂直于弹射座椅对称面，燃气舵片(5)偏转角度为-18°～18°。
4.根据权利要求3所述的弹射座椅燃气舵式推力矢量喷管，其特征在于，
燃气舵片(5)的前缘与舵片架(4)上的转轴轴线共线，对侧两燃气舵片(5)的前缘末端所留间隔小于5mm，末端为斜切边。
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