CN115214907B - 一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于二级飞行器举升‑抬头的变推力驱动装置，涉及航空航天技术领域，包括驱动系统和变力传动系统，所述变力传动系统包括变距螺杆、推力滑块结构和推杆结构，所述驱动系统与所述变距螺杆传动连接，所述变距螺杆通过所述推力滑块结构为所述推杆结构提供变推力。本发明能够在驱动系统恒定输出功率的条件下输出变化的力，在结构层面做到了变推力驱动，降低了控制系统设计难度。根据变力输出要求设计符合要求的变距螺杆，也提高了装置的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别是涉及一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置。
背景技术
近年来，水平起降空天往返运载器正在逐步成为国内外航空航天的研究重点。空天飞行器飞行空域大、速域宽、飞行剖面复杂，因此面临许多的基础问题。在这其中，空天飞行器的动力与能源是需要解决的难题之一。空天飞行器需要自由往返于稠密大气、临近空间和轨道空间，传统单一动力无法满足全速域、大空域、自由高效飞行的需求，因此组合动力是必然发展趋势。
现阶段的组合体飞行器有一部分采用两级飞行器的构型，一级飞行器带着二级飞行器穿越稠密大气和临近空间到达二级飞行器巡航高度，再将二级飞行器从一级飞行器上释放，这样可以降低二级飞行器动力系统的设计难度，减小二级飞行器动力系统的体积，利于二级飞行器入轨工作。在组合体飞行条件下，这样的两级飞行器组合构型在分离时会出现问题，其中一个十分关键的问题在于分离过程中会出现十分明显的“低头”现象。
为了解决这一问题，一种方法是将二级飞行器在分离前相对于一级飞行器举升一定高度。但是在举升过程中需要提供变力，传统的变力驱动通过设计控制率实现，但是复杂的控制率会降低分离过程的可靠性，所以需要设计一套装置，在结构设计时就可以实现恒定输入功率下的变力输出，降低装置控制系统的设计难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，以解决上述现有技术存在的问题，变力传动系统在驱动系统功率不变的情况下提供随时间变化的推力，并将该推力作为举升-抬头机构的输入力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，包括驱动系统和变力传动系统，所述变力传动系统包括变距螺杆、推力滑块结构和推杆结构，所述驱动系统与所述变距螺杆传动连接，所述变距螺杆通过所述推力滑块结构为所述推杆结构提供变推力。
优选地，所述变力传动系统还包括支架，所述支架包括推杆导轨和滑块导轨，所述滑块导轨设置在所述推杆导轨的内侧，所述变距螺杆设置在所述滑块导轨的内侧，所述推杆导轨和所述滑块导轨平行，所述推杆结构与所述推杆导轨滑动连接，所述推力滑块结构与所述滑块导轨滑动连接。
优选地，所述推杆结构包括两个动力推杆、至少两个凸起部和连接部，两个所述推杆对称设置，各所述动力推杆的一端均与所述连接部连接，各所述动力推杆的另一端均伸出所述支架，各所述凸起部均布在所述连接部上，各所述凸起部分别与一所述推杆导轨滑动连接。
优选地，所述凸起部与所述推杆导轨之间设置有保护套，所述保护套采用耐磨材料制成。
优选地，所述凸起部的数量与所述推力滑块结构的数量相同。
优选地，所述推力滑块结构包括伸缩机构、滚轮和滚珠，所述伸缩机构与所述推杆结构接触，所述伸缩机构与所述滑块导轨滑动连接，所述滚轮和所述滚珠分别与所述变距螺杆的螺纹滚动接触。
优选地，所述伸缩机构包括驱动结构、丝杠和滑块，所述驱动结构与所述丝杠传动连接，所述丝杠与所述滑块螺纹连接，所述驱动结构驱动所述丝杠转动，所述滑块沿所述丝杠的长度方向运动使得所述滑块与所述推杆结构接触。
优选地，所述推力滑块结构还包括托架，所述滚轮与所述托架转动连接，所述滚珠能够在所述托架中自由转动。
优选地，所述变距螺杆上的螺距自所述变距螺杆与所述驱动系统传动连接的一端向所述变距螺杆的另一端逐渐增大。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明能够在驱动系统恒定输出功率的条件下输出变化的力，在结构层面做到了变推力驱动，降低了控制系统设计难度。根据变力输出要求设计符合要求的变距螺杆，也提高了装置的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置示意图；
图2为本发明的变力传动系统示意图；
图3为本发明的变力传动系统主视图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为本发明的变距螺杆示意图；
图6为本发明的支架截面示意图；
图7为本发明的推杆结构示意图；
图8为本发明的推力滑块结构示意图；
图9为本发明的推力滑块结构侧视图；
图10为图9的B-B剖视图；
图11为本发明的推力滑块结构位于初始位置时的变力传动系统侧视图；
图12为图11的C-C剖视图；
图13为本发明的推力滑块结构在工作过程中位于某一位置时的变力传动系统侧视图；
图14为图13的D-D剖视图；
其中：1000-用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，100-变力传动系统，101-变距螺杆，102-支架，1021-推杆导轨，1022-滑块导轨，103-推杆结构，1031-动力推杆，1032-凸起部，1033-连接部，104-推力滑块结构，1041-伸缩机构，10411-丝杠，10412-滑块，1042-滚轮，1043-滚珠，1044-托架，105-轴承，106-保护套，200-联轴器，300-驱动系统。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，以解决上述现有技术存在的问题，变力传动系统在驱动系统功率不变的情况下提供随时间变化的推力，并将该推力作为举升-抬头机构的输入力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图10所示：本实施例提供了一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置1000，包括驱动系统300和变力传动系统100，驱动系统300为整套机构提供动力，变力传动系统100保证在外部驱动功率不变的情况下输出变力，变力传动系统100包括变距螺杆101、推力滑块结构104和推杆结构103，驱动系统300与变距螺杆101的一端通过联轴器200传动连接，变距螺杆101通过推力滑块结构104将变距螺杆101上的扭矩转化成恒定方向的推力，同时为推杆结构103提供变推力。本实施例通过结构设计实现了变力输出，降低了装置控制层面的设计难度，同时通过变力传动系统100的改进可以输出不同的变力驱动形式，拓宽了装置的适用范围。
本实施例中，驱动系统300为电机或液压马达，驱动系统300提供驱动力，驱动系统300在工作时保持恒定的转速，为变力传动系统100提供恒定的扭矩，驱动系统300通过联轴器200将扭矩输入到变力传动系统100的变距螺杆101上，通过变力传动系统100的推杆结构103输出符合要求的变力。
本实施例中，变力传动系统100还包括支架102，变距螺杆101的另一端与支架102通过轴承105转动连接，避免变距螺杆101在旋转时和支架102的接触点会产生干摩擦，具体可以选择滚珠轴承，支架102上设置有四个推杆导轨1021和四个滑块导轨1022，四个滑块导轨1022均布在变距螺杆101的外侧，四个推杆导轨1021均布在四个滑块导轨1022的外侧，推杆导轨1021和滑块导轨1022均与支架102的长度方向平行，推力滑块结构104与滑块导轨1022滑动连接，推杆结构103套设在滑块导轨1022的外侧，推杆结构103与推杆导轨1021滑动连接。
本实施例中，推杆结构103包括两个动力推杆1031、至少两个凸起部1032和连接部1033，本实施例中凸起部1032为四个，凸起部1032为方形凸起，连接部1033为圆环状，两个动力推杆1031对称设置，各动力推杆1031的一端均与连接部1033连接，各动力推杆1031的另一端均伸出支架102并用于力的输出，各凸起部1032均布在连接部1033上，各凸起部1032分别与一推杆导轨1021滑动连接，保证动力推杆1031可以按照既定的方向运动。
本实施例中，凸起部1032与推杆导轨1021之间设置有保护套106，保护套106采用耐磨材料制成，可以减少凸起沿推杆导轨1021滑动产生的干摩擦对机构带来的不利影响。
本实施例中，凸起部1032的数量与推力滑块结构104的数量相同。
本实施例中，推力滑块结构104包括伸缩机构1041、滚轮1042和滚珠1043，伸缩机构1041与推杆结构103接触，伸缩机构1041与滑块导轨1022滑动连接，滚轮1042和滚珠1043分别与变距螺杆101的螺纹滚动接触。机构运行时，通过四个推力滑块结构104将推力统一转移到动力推杆1031上。
本实施例中，伸缩机构1041包括驱动结构、丝杠10411和滑块10412，驱动结构为电机或液压马达，驱动结构与丝杠10411的一端传动连接，丝杠10411与滑块10412螺纹连接，丝杆的另一端不伸出滑块10412，驱动结构驱动丝杠10411转动，滑块10412沿丝杠10411的长度方向运动使得滑块10412与推杆结构103接触，完成伸缩动作。伸缩机构1041保证在机构运行过程中四个推力滑块结构104都可以和推杆结构103的连接部1033紧密贴合。
本实施例中，推力滑块结构104还包括托架1044，托架1044的上端与伸缩机构1041的外壳连接，滚轮1042套设在托架1044的外侧，滚轮1042与托架1044通过轴承转动连接，滚轮1042在机构运行过程中滚动，从而将推力滑块结构104和变距螺杆101的接触方式变为滚动摩擦，减少摩擦带来的损耗；托架1044的下端呈半球形，用于安装滚珠1043，滚珠1043能够在托架1044中自由转动，在推力滑块结构104工作时和变距螺杆101滚动接触，将推力滑块结构104端部的滑动摩擦改为滚动摩擦，提高推力滑块结构104运动的灵活度，减少摩擦带来的损耗。
本实施例的推力滑块结构104在变力传动系统100运行过程中端面和连接部1033之间的距离进行合理的伸缩，从而保证推杆结构103的连接部1033在运动过程一直有四个点在受力；推力滑块结构104是动力输出的核心部件，同时采用驱动结构精确控制，保证重载条件下的滑块10412位移量的精确度。
推力滑块结构104的安装位置示意图如图12所示，整体被安装在支架102上的滑块导轨1022上，伸缩机构1041的滑块10412和推杆结构103的连接部1033接触，滚轮1042、滚珠1043均和变距螺杆101配合。随着变距螺杆101的运动，推力滑块结构104也随着变距螺杆101一起运动，最后通过推力滑块结构104的伸缩机构1041带动推杆结构103一起运动。
本实施例中，变距螺杆101上的螺线根据机构需求进行设计，整体的思路是先密后疏，即变距螺杆101上的螺距自变距螺杆101与驱动系统300传动连接的一端向变距螺杆101的另一端逐渐增大，在变距螺杆101以恒定速度旋转时，安装在滑块导轨1022上的推力滑块结构104刚开始速度慢，提供较大的推力，随着后面螺线的螺距逐渐变大，恒转速的变距螺杆101也可以为推力滑块结构104提供较快的推动速度，也就减小了推力，这样就可以输出先大后小的推力。
结合图11-图14，介绍本实施例的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置1000的工作过程。本实施例的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置1000由驱动系统300提供原动力，通过联轴器200为变力传动系统100提供同步的旋转速度。当扭矩传递到变距螺杆101后，变距螺杆101开始旋转，带动四个推力滑块结构104开始运动。由于变距螺杆101上面的螺距先密后疏，所以在用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置1000刚开始运动时，推力滑块结构104的速度较小，可以输出较大的推力。当用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置1000运动一段时间后，变距螺杆101上面的螺距变大，此时推力滑块结构104提供的推力又变小，满足了设计要求。为了保证四个推力滑块结构104可以一直为推杆结构103的连接部1033提供四个点的推力，通过预先设计好的控制指令对推力滑块结构104上的伸缩机构1041进行伸缩，保证每时每刻四个推力滑块结构104可以和推杆结构103的连接部1033接触，并提供四个点的推力。
综上，本实施例的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置1000在驱动不变的前提下，通过机构设计实现了变力输出，为二级飞行器举升-抬头提供了变力输入，为实现二级飞行器的举升-抬头提供动力保障。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，其特征在于：包括驱动系统和变力传动系统，所述变力传动系统包括变距螺杆、推力滑块结构和推杆结构，所述驱动系统与所述变距螺杆传动连接，所述变距螺杆通过所述推力滑块结构为所述推杆结构提供变推力；
所述变力传动系统还包括支架，所述支架包括推杆导轨和滑块导轨，所述滑块导轨设置在所述推杆导轨的内侧，所述变距螺杆设置在所述滑块导轨的内侧，所述推杆导轨和所述滑块导轨平行，所述推杆结构与所述推杆导轨滑动连接，所述推力滑块结构与所述滑块导轨滑动连接；
所述推杆结构包括两个动力推杆、至少两个凸起部和连接部，两个所述推杆对称设置，各所述动力推杆的一端均与所述连接部连接，各所述动力推杆的另一端均伸出所述支架，各所述凸起部均布在所述连接部上，各所述凸起部分别与一所述推杆导轨滑动连接；
所述凸起部与所述推杆导轨之间设置有保护套，所述保护套采用耐磨材料制成；
所述推力滑块结构包括伸缩机构、滚轮和滚珠，所述伸缩机构与所述推杆结构接触，所述伸缩机构与所述滑块导轨滑动连接，所述滚轮和所述滚珠分别与所述变距螺杆的螺纹滚动接触；
所述变距螺杆上的螺距自所述变距螺杆与所述驱动系统传动连接的一端向所述变距螺杆的另一端逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，其特征在于：所述凸起部的数量与所述推力滑块结构的数量相同。
3.根据权利要求1所述的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，其特征在于：所述伸缩机构包括驱动结构、丝杠和滑块，所述驱动结构与所述丝杠传动连接，所述丝杠与所述滑块螺纹连接，所述驱动结构驱动所述丝杠转动，所述滑块沿所述丝杠的长度方向运动使得所述滑块与所述推杆结构接触。
4.根据权利要求1所述的用于二级飞行器举升-抬头的变推力驱动装置，其特征在于：所述推力滑块结构还包括托架，所述滚轮与所述托架转动连接，所述滚珠能够在所述托架中自由转动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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