CN214748871U - 一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置及控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置，包括：支撑工装，用于支撑水平放置的运载火箭发动机喷管；机电伺服机构，连接到发动机并用于提供动力使发动机喷管摇摆；测试仪，用于提供所述机电伺服机构的测试指令和控制供电；模拟电源，用于给所述机电伺服机构供电。该装置采用支撑工装将喷管固定在零位角度位置防止喷管跌落损伤，以及测试仪和模拟电源的相互配合，让机电伺服机构测试可靠且能确保喷管在测试过程中安全。

Description

一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置及控制系统

技术领域

本实用新型涉及运载火箭发动机测试领域，具体涉及一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置及控制系统。

背景技术

伺服机构是运载火箭发动机喷管摇摆的重要设备，通过伺服机构带动发动机摇摆可以实现火箭姿控系统推力矢量控制功能。在伺服机构装箭后的火箭各个测试阶段，需对伺服机构开展测试工作。

大部分传统运载火箭使用液压式或者电液式伺服机构，近年来，随着机电伺服机构的性能越来越好，机电伺服机构逐渐开始应用于运载火箭上。

随着运载火箭的运载能力不断提高，相应的火箭发动机喷管自重也随之增加，且不具备自动回弹至零位并保持在零位的特性。喷管在火箭水平状态下会由于自身重力原因，摔落至摇摆极限位置，对产品结构造成损伤。传统的液压伺服机构通过液压锁结构实现喷管保持零位的功能，但机电伺服机构通常无法实现喷管的零位保持功能，不满足测试条件。

鉴于此，亟需设计一种具有可靠性高且满足测试要求的一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置及控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置及控制系统。

本实用新型提供一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置，包括：支撑工装，用于支撑水平放置的运载火箭发动机喷管；机电伺服机构，连接到发动机并用于提供动力使发动机喷管摇摆；测试仪，用于提供所述机电伺服机构的测试指令和控制供电；模拟电源，用于给所述机电伺服机构供电。

根据本实用新型的一个实施例，所述机电伺服机构包括：伺服驱动控制器，用于接收所述测试仪的测试指令、控制供电，并通过所述模拟电源供电；伺服作动器，通过所述伺服作动器的伸缩杆的伸出或缩回带动喷管摇摆。

根据本实用新型的一个实施例，所述测试仪和所述模拟电源设置在测试间，所述伺服驱动控制器和所述伺服作动器设置在火箭箭体内。

根据本实用新型的一个实施例，所述测试仪通过第一电缆连接到所述伺服驱动控制器，所述模拟电源通过第二电缆连接到所述伺服驱动控制器，所述伺服驱动控制器通过第三电缆连接到所述伺服作动器。

根据本实用新型的一个实施例，所述伺服驱动控制器安装于火箭箭体内，所述伺服作动器安装于火箭发动机上。

根据本实用新型的一个实施例，所述伺服作动器包括上支耳和下支耳，所述上支耳与发动机机架相连，所述下支耳与发动机喷管相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述测试仪用于读取喷管的角度位置，保存不少于10个周期的当前喷管位置，并按照中值滤波方法完成数据滤波。

根据本实用新型的一个实施例，所述测试仪用于发出控制指令使机电伺服机构匀速运动，且伺服机构的运动速度不大于1°/s。

根据本实用新型的一个实施例，所述测试仪进行的测试项目包括正弦响应测试和/或阶跃响应测试。

另一方面，本实用新型还提供了一种运载火箭机电伺服机构水平测试控制系统，用于上述的运载火箭伺服机构水平测试装置，所述控制系统包括：启动模块，启动所述测试仪读取喷管的角度位置并向所述机电伺服机构发出所述角度位置的控制指令；供电模块，启动所述模拟电源给所述机电伺服机构提供动力让喷管保持在所述角度位置；拆除模块，拆除所述支撑工装。

本实用新型的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，采用支撑工装将喷管固定在零位角度位置防止喷管跌落损伤，并通过测试仪和模拟电源的相互配合，让机电伺服机构测试可靠且能确保喷管在测试过程中安全。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明实用新型的原理。

图1是本实用新型一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试装置的示意图；

图2是本实用新型另一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试装置的示意图；

图3是本实用新型再一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试装置中伺服作动器的示意图；

图4是本实用新型一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试控制系统的示意图。

标记说明：

100-支撑工装，200-机电伺服机构，201-伺服驱动控制器，202-伺服作动器，203-上支耳，204-下支耳，205-伸缩杆，300-测试仪，400-模拟电源。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，用于示例性的说明本实用新型的原理，并不被配置为限定本实用新型。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本实用新型实施例的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

图1是本实用新型一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试装置的示意图；图2是本实用新型另一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试装置的示意图；图3是本实用新型再一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试装置中伺服作动器的示意图；图4是本实用新型一个实施例的运载火箭机电伺服机构水平测试控制系统的示意图。

如图1所示，本实用新型提供一种运载火箭机电伺服机构200水平测试装置，包括：支撑工装100，用于支撑水平放置的运载火箭发动机喷管T；机电伺服机构200，连接到发动机并用于提供动力使发动机喷管T摇摆；测试仪300，用于提供机电伺服机构200的测试指令和控制供电；模拟电源400，用于给机电伺服机构200供电。

具体地，随着运载火箭的运载能力越来越大，相应的箭体以及发动机的体积也会越来越大。机电伺服机构200装箭后，如果运载火箭竖立起来进行测试，将会大幅增加厂房的建设成本，因此可以都采用水平测试方式。在本水平测试装置中，为了验证机电伺服机构200的性能，同时为了不增加机电伺服机构200的电磁制动锁，采用了支撑工装100进行发动机喷管T的零位支撑来代替电磁制动锁。通过采用支撑工装100，减少了伺服机构的零部件，增加了运载火箭飞行的可靠性，同时也能避免采用电磁制动锁时可能造成的运载火箭工作环境下的误锁。

其中，本实施例中的运载火箭机电伺服机构200水平测试装置提供测试仪300和模拟电源400进行测试，测试仪300提供机电伺服机构200的测试指令和控制供电，模拟电源400给机电伺服机构200供电。通过模拟的信号输出以及电源供电，能够模拟及代替运载火箭真实产品工作运行情况，进行机电伺服机构200的控制测试。机电伺服机构200提供动力使发动机喷管T摇摆，通过水平测试能够检测机电伺服机构200是否按照指令进行动力输出，保证发动机喷管T在实际发射中能摇摆到准确的角度位置。

如图2所示，根据本实用新型的一个实施例，机电伺服机构200包括：伺服驱动控制器201，用于接收测试仪300的测试指令、控制供电，并通过模拟电源400供电；伺服作动器202，通过伺服作动器202的伸缩杆205的伸出或缩回带动喷管T摇摆。

根据本实用新型的一个实施例，测试仪300和模拟电源400设置在测试间，伺服驱动控制器201和伺服作动器202设置在火箭箭体内。

根据本实用新型的一个实施例，测试仪300通过第一电缆连接到伺服驱动控制器201，模拟电源400通过第二电缆连接到伺服驱动控制器201，伺服驱动控制器201通过第三电缆连接到伺服作动器202。

根据本实用新型的一个实施例，伺服驱动控制器201安装于火箭箭体内，伺服作动器202安装于火箭发动机上。

如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，伺服作动器202包括上支耳203和下支耳204，上支耳203与发动机机架相连，下支耳204与发动机喷管T相连。

具体地，测试仪300和模拟电源400设置在测试间，可以有效隔离运载火箭发动机，避免造成信号干扰。机电伺服机构200包含两部分，伺服驱动控制器201和伺服作动器202均安装在火箭箭体内，用于执行测试仪300发出的指令并接受模拟电源400的供电。其中，伺服作动器202具体安装在火箭发动机上，上支耳203与发动机机架相连，下支耳204与发动机喷管T相连，从而使伺服作动器202能够稳定固定在火箭发动机上。

测试间与火箭箭体是两个空间环境，需要通过电缆将两者的设备连接起来。其中测试仪300通过第一电缆连接到伺服驱动控制器201，模拟电源400通过第二电缆连接到伺服驱动控制器201，伺服驱动控制器201通过第三电缆连接到伺服作动器202。伺服驱动控制器201接收测试仪300的测试指令、控制供电，并通过模拟电源400供电，由伺服驱动控制器201再控制伺服作动器202动作，包括使其伸缩杆205的伸出或缩回带动喷管T进行摇摆。

根据本实用新型的一个实施例，测试仪300用于读取喷管T的角度位置，保存不少于10个周期的当前喷管T位置，并按照中值滤波方法完成数据滤波。

具体地，在测试仪300每次读取喷管T的角度时，为了保证读取的角度位置准确性，需保存不少于10个周期的当前喷管T的角度位置，并按照中值滤波方法完成数据滤波，得出当前喷管T的精准角度位置。

根据本实用新型的一个实施例，测试仪300用于发出控制指令使机电伺服机构200匀速运动，且伺服机构的运动速度不大于1°/s。

具体地，在测试仪300发出相应角度位置的控制指令时，机电伺服机构200按照控制指令进行匀速运动，让喷管T缓慢摇摆至相应的角度位置，其中速度不大于1°/s。

根据本实用新型的一个实施例，测试仪300进行的测试项目包括正弦响应测试和/或阶跃响应测试。

具体地，给机电伺服机构200做的测试项目包括但不限于正弦响应测试、阶跃响应测试，检测机电伺服机构200是否按照要求让喷管T到达指定的相应角度位置，信号传输是否正常。

如图4所示，另一方面，本实用新型还提供了一种运载火箭机电伺服机构水平测试控制系统，用于上述的运载火箭伺服机构水平测试装置，控制系统包括：启动模块，启动测试仪300读取喷管T的角度位置并向机电伺服机构200发出该角度位置的控制指令；供电模块，启动模拟电源400给机电伺服机构200提供动力让喷管T保持在该角度位置；拆除模块，拆除支撑工装100。

具体地，由于机电伺服机构200没有采取电磁制动锁，水平放置的运载火箭为了让喷管T保持在零位角度位置(零位角度位置即喷管T的中心轴与箭体的中心轴重合的位置)，采用支撑工装100将喷管T固定在零位角度位置防止喷管T跌落损伤。在运载火箭机电伺服机构200水平测试项目之前，需要将支撑工装100从喷管T上拆卸下来，所以要分别启动测试仪300和模拟电源400让喷管T保持在当前角度位置后再进行拆卸，通过控制系统的启动模块、供电模块和拆除模块依次进行操作，避免产品结构损坏。

本实用新型提供一种运载火箭机电伺服机构200水平测试方法，水平放置的运载火箭发动机喷管T通过支撑工装100固定，喷管T通过机电伺服机构200可以实现摇摆，测试方法包括：S1，给连接到机电伺服机构200的测试仪300通电，测试仪300读取当前喷管T的第一角度位置，并向机电伺服机构200发出第一角度位置的控制指令；S2，给连接到机电伺服机构200的模拟电源400通电，机电伺服机构200提供动力让喷管T保持在第一角度位置；S3，将支撑工装100从喷管T下方拆除；S4，测试仪300向机电伺服机构200发出零位角度位置的控制指令，喷管T到达零位角度位置后进行机电伺服机构200的测试项目；S5，测试项目结束后，测试仪300向机电伺服机构200发出零位角度位置的控制指令，喷管T到达零位角度位置后将支撑工装100安装在喷管T下方；S6，依次断开模拟电源400和测试仪300的供电。

需要说明的是，虽然支撑工装100的安装为了让喷管T保持的零位角度位置，但是由于喷管T自身重量所致，支撑工装100支撑的喷管T在一段时间后不能保证还处于零位角度位置。因此在步骤S1中首先让测试仪300通电，通过测试仪300读取当前喷管T的第一角度位置，并向机电伺服机构200发出第一角度位置的控制指令。接下来在步骤S2中让模拟电源400通电，机电伺服机构200提供动力让喷管T保持在第一角度位置。由于喷管T的重量不再完全压在支撑工装100上，在步骤S3中可以轻松拆卸支撑工装100。对机电伺服机构200的测试项目需要喷管T先处于零位角度位置，所以在步骤S4中，测试仪300向机电伺服机构200发出零位角度位置的控制指令，喷管T到达零位角度位置后进行机电伺服机构200的测试项目。在测试项目结束后，喷管T在测试过程结束后不一定是定位在零位角度位置，为了能够安装支撑工装100，需要进行步骤S5，测试仪300向机电伺服机构200发出零位角度位置的控制指令，喷管T到达零位角度位置后将支撑工装100安装在喷管T下方。最后，进行步骤S6的断电工作，先断开模拟电源400的供电，后断开测试仪300的供电，保证测试过程的安全性。

在本实用新型的水平测试方法中，为了验证机电伺服机构200的性能，同时为了不增加机电伺服机构200的电磁制动锁，采用了支撑工装100进行发动机喷管T的零位支撑来代替电磁制动锁，零部件的减少能够增加运载火箭飞行的可靠性，也能避免采用电磁制动锁造成运载火箭工作环境下的误锁，提高了机电伺服机构及火箭飞行的工作可靠性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，包括：

支撑工装，用于支撑水平放置的运载火箭发动机喷管；

机电伺服机构，连接到发动机并用于提供动力使发动机喷管摇摆；

测试仪，用于提供所述机电伺服机构的测试指令和控制供电；

模拟电源，用于给所述机电伺服机构供电。

2.根据权利要求1所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述机电伺服机构包括：

伺服驱动控制器，用于接收所述测试仪的测试指令、控制供电，并通过所述模拟电源供电；

伺服作动器，通过所述伺服作动器的伸缩杆的伸出或缩回带动喷管摇摆。

3.根据权利要求2所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述测试仪和所述模拟电源设置在测试间，所述伺服驱动控制器和所述伺服作动器设置在火箭箭体内。

4.根据权利要求3所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述测试仪通过第一电缆连接到所述伺服驱动控制器，所述模拟电源通过第二电缆连接到所述伺服驱动控制器，所述伺服驱动控制器通过第三电缆连接到所述伺服作动器。

5.根据权利要求3所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述伺服驱动控制器安装于火箭箭体内，所述伺服作动器安装于火箭发动机上。

6.根据权利要求5所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述伺服作动器包括上支耳和下支耳，所述上支耳与发动机机架相连，所述下支耳与发动机喷管相连。

7.根据权利要求1-6任一项所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述测试仪用于读取喷管的角度位置，保存不少于10个周期的当前喷管位置，并按照中值滤波方法完成数据滤波。

8.根据权利要求1-6任一项所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述测试仪用于发出控制指令使机电伺服机构匀速运动，且伺服机构的运动速度不大于1°/s。

9.根据权利要求1-6任一项所述的运载火箭机电伺服机构水平测试装置，其特征在于，所述测试仪进行的测试项目包括正弦响应测试和/或阶跃响应测试。

10.一种运载火箭机电伺服机构水平测试控制系统，其特征在于，用于如权利要求1-9任一项所述的运载火箭伺服机构水平测试装置，所述控制系统包括：

启动模块，启动所述测试仪读取喷管的角度位置并向所述机电伺服机构发出所述角度位置的控制指令；

供电模块，启动所述模拟电源给所述机电伺服机构提供动力让喷管保持在所述角度位置；

拆除模块，拆除所述支撑工装。

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