一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)的推力調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]液體火箭發(fā)動機(jī)的大范圍變推力調(diào)節(jié)是指對發(fā)動機(jī)推力和混合比實(shí)施控制，使其按一定的規(guī)律或既定的程序在較大范圍內(nèi)變化，從而滿足飛行任務(wù)對動力系統(tǒng)的要求。推力調(diào)節(jié)是提高液體火箭發(fā)動機(jī)適應(yīng)性的關(guān)鍵。變推力可方便實(shí)現(xiàn)火箭最佳推力控制和飛行大風(fēng)區(qū)減載設(shè)計(jì)，大幅度提高運(yùn)載能力，用于載人飛行則可有效控制過載，顯著提高火箭機(jī)動性能和多任務(wù)適應(yīng)能力。
[0003]國外主流的變推力液氧煤油發(fā)動機(jī)流量調(diào)節(jié)閥都采用了伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。20世紀(jì)80年代，美國馬歇爾航天飛行中心推進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室針對航天飛機(jī)主發(fā)動機(jī)(SSME)開發(fā)了流量調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)樣機(jī)。同時(shí)，馬歇爾航天飛行中心針對當(dāng)時(shí)的先進(jìn)發(fā)射系統(tǒng)項(xiàng)目委托，開展航天運(yùn)輸主發(fā)動機(jī)流量調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)控制裝置的研制，驗(yàn)證用于液體火箭發(fā)動機(jī)控制的適應(yīng)性，包括低溫、振動、沖擊環(huán)境適應(yīng)性以及系統(tǒng)可靠性等。俄羅斯RD-170/180系列液氧煤油發(fā)動機(jī)流量調(diào)節(jié)閥采用了與其推力矢量控制用的主伺服機(jī)構(gòu)相同的電液伺服機(jī)構(gòu)控制方案。采用七位數(shù)字電液伺服閥控制的液壓作動器控制流量調(diào)節(jié)閥的開度。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，與發(fā)動機(jī)緊密集成在一起。歐洲等國家也于90年代末開始液體火箭發(fā)動機(jī)的流量調(diào)節(jié)機(jī)電伺服控制研究。1997年，德國戴姆勒-奔馳宇航中心針對ARIANE5上面級發(fā)動機(jī)燃燒室閥的流量調(diào)節(jié)功能，與伺服控制專業(yè)公司Moog公司合作，于2006年完成了具備與發(fā)動機(jī)聯(lián)試的機(jī)電伺服控制裝置樣機(jī)。
[0004]我國變推力發(fā)動機(jī)研究工作始于20世紀(jì)80年代。1983年國防科技大學(xué)研制了我國第一臺雙組元變推力液體火箭發(fā)動機(jī)，利用杠桿帶動流量調(diào)節(jié)錐和噴注器的調(diào)節(jié)針閥實(shí)現(xiàn)推力調(diào)節(jié)。但杠桿機(jī)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)尺寸較大，不適于工程應(yīng)用。90年代，航天科技集團(tuán)六院與高校聯(lián)合研究雙組元雙調(diào)節(jié)低壓流量定位變推力液體火箭發(fā)動機(jī)，取消了杠桿系統(tǒng)，首次采用液壓作動器調(diào)節(jié)流量與控制混合比，但結(jié)構(gòu)上沒能與發(fā)動機(jī)融為一體，控制上也有未解決的問題，離工程化還有明顯差距。進(jìn)入21世紀(jì)以來，航天科技集團(tuán)六院等發(fā)動機(jī)研制單位明確提出了適用于變推力調(diào)節(jié)的快速響應(yīng)和小型化技術(shù)需求，在YF-36和沖壓發(fā)動機(jī)上分別采用小型化步進(jìn)電機(jī)控制作動器和快速響應(yīng)電磁閥實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的工程應(yīng)用研究，并在我國新研的18噸液氧煤油發(fā)動機(jī)上采用了步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了“15噸起動一18噸”的轉(zhuǎn)級變推力控制，但受步進(jìn)電機(jī)起動響應(yīng)時(shí)間限制，還不能實(shí)現(xiàn)快速的變推力調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為:現(xiàn)有技術(shù)中的變推力發(fā)動機(jī)不能實(shí)現(xiàn)快速的變推力調(diào)節(jié)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0007]—種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括直流伺服電機(jī)、電機(jī)聯(lián)結(jié)銷子、小齒輪、大齒輪、諧波減速器、大齒輪連接鍵、小軸鍵、小軸、大軸、螺釘、螺栓和電位計(jì):直流伺服電機(jī)的輸出軸與小齒輪通過電機(jī)聯(lián)結(jié)銷子實(shí)現(xiàn)同軸安裝；小齒輪、大齒輪均為直齒錐齒輪，安裝后軸線相互垂直，實(shí)現(xiàn)嚙合傳動；大齒輪、諧波減速器分別通過大齒輪連接鍵和小軸鍵固定在小軸上，實(shí)現(xiàn)同軸安裝；大軸通過螺釘與諧波減速器連接；機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接手爪通過螺栓與大軸進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)將直流伺服電機(jī)的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩；電位計(jì)與大軸同軸安裝，通過測量大軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制；
[0008]所述控制系統(tǒng)如下所述:控制指令經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字指令；通過角度傳感器測得諧波齒輪減速機(jī)構(gòu)輸出軸擺角，角度傳感器的反饋電壓通過A/D轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換為角度反饋數(shù)字量；所述數(shù)字指令和角度反饋數(shù)字量輸入至DSP控制電路，二者相減產(chǎn)生誤差信號，并計(jì)算得出控制量；控制量輸入至驅(qū)動電路，產(chǎn)生無刷電機(jī)驅(qū)動電流；無刷電機(jī)依據(jù)驅(qū)動電流的極性和大小轉(zhuǎn)動，并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)中諧波減速器的輸出軸產(chǎn)生相應(yīng)的力矩和速度，實(shí)現(xiàn)輸出軸，即齒輪軸，按照控制指令規(guī)定的運(yùn)動特性旋轉(zhuǎn)。
[0009]作為優(yōu)選方案:所述的一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)還包括機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接法蘭、機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接螺釘、機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接手爪、調(diào)節(jié)器對接手爪:安裝過程中，所述機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接手爪的零位刻線與調(diào)節(jié)器對接手爪的零位刻線對接，保證滿足機(jī)械零位；機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接法蘭的安裝零位刻線與調(diào)節(jié)器相應(yīng)安裝面零位刻線對接，同時(shí)通過機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接螺釘進(jìn)行連接，保證機(jī)電作動器對接法蘭端面與調(diào)節(jié)器相應(yīng)安裝面貼緊。
[0010]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0011](I)本發(fā)明的一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，將伺服控制技術(shù)應(yīng)用于液體火箭發(fā)動機(jī)流量調(diào)節(jié)上，能夠完成調(diào)節(jié)閥的精確閉環(huán)控制，將其響應(yīng)速度由秒級提升至毫秒級，實(shí)現(xiàn)了快速變推力調(diào)節(jié)；在保證高可靠性的基礎(chǔ)上，流量調(diào)節(jié)伺服機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥高度集成，具有較小的體積和重量、抗強(qiáng)振動和測試使用方便等特點(diǎn)。
[0012](2)本發(fā)明的一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，電機(jī)與減速器、傳感器集成化設(shè)計(jì)，有效利用空間，使伺服機(jī)構(gòu)更加緊湊，體積減小，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的集成一體化設(shè)計(jì)。
[0013](3)本發(fā)明的一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，采用對接手爪與流量調(diào)節(jié)器可靠聯(lián)結(jié)，使用時(shí)伺服機(jī)構(gòu)容易安裝、拆卸、維護(hù)方便。
[0014](4)本發(fā)明的一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)的電液伺服機(jī)構(gòu)，具有調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快、工作高可靠、結(jié)構(gòu)與維護(hù)簡單、系統(tǒng)配置方便的優(yōu)點(diǎn)，采用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，通過調(diào)整軟件參數(shù)可實(shí)現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)方便靈活的控制，滿足液體火箭發(fā)動機(jī)變推力對流量調(diào)節(jié)的需求，且不存在漏油、漏氣問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明提供的一種液體火箭發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)器安裝示意圖；
[0016]圖2為變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為變推力調(diào)節(jié)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)基本原理圖。
[0018]圖中:1-執(zhí)行機(jī)構(gòu)，2-機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接法蘭，3-機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)對接螺釘，5-調(diào)節(jié)器對接手