一種集成氫氣渦輪泵的伺服機構(gòu)及伺服控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種伺服機構(gòu)及伺服控制方法，具體說涉及一種配套運載火箭液氫液氧發(fā)動機、集成氫氣渦輪栗能源的高緊湊大功率伺服機構(gòu)及伺服控制方法，屬于運載火箭控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服機構(gòu)是我國對運載火箭/導(dǎo)彈飛行控制執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)的統(tǒng)稱，典型應(yīng)用是搖擺發(fā)動機實施推力矢量控制。
[0003]國內(nèi)YF-75液氫液氧發(fā)動機推力矢量控制電液伺服機構(gòu)，米取從發(fā)動機氫氣禍輪栗后引流高壓氫氣，驅(qū)動小功率葉片式氣動機傳動變量液壓栗的能源方案，該種氣動機能源方案只適用于(功率分布)較小功率的伺服機構(gòu)。
[0004]國內(nèi)、外固體導(dǎo)彈推力矢量控制電液伺服機構(gòu)，曾有采用高溫燃氣驅(qū)動超高速渦輪栗建立大功率伺服液壓能源的先例，其功率超過20kW，但受渦輪栗工作發(fā)熱等影響，其一次連續(xù)工作時間限于100s以內(nèi)，該方案僅能滿足伺服機構(gòu)短時間工作要求。
[0005]針對大推力液氫液氧發(fā)動機推力矢量控制，其配套伺服機構(gòu)功率需求為20kW，工作時間超過500s，上述伺服機構(gòu)方案不能使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種集成氫氣渦輪栗的伺服機構(gòu)及伺服控制方法，可滿足伺服機構(gòu)大功率、長時間工作使用要求。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]—種集成氫氣渦輪栗的伺服機構(gòu)，該伺服機構(gòu)包括氫氣渦輪栗、冷卻器、渦輪栗安裝座、冷卻器耳座和伺服機構(gòu)作動器；
[0009]所述的氫氣渦輪栗包括端蓋、殼體和栗輪；殼體的上方固定連接端蓋，殼體的下方固定連接栗輪，殼體內(nèi)有螺旋型氣路通道；端蓋上有氫氣進氣口 ；
[0010]所述的渦輪栗安裝座為兩端帶有法蘭的實心圓柱體，圓柱體的側(cè)面帶有一個平臺，兩端的法蘭分別為第一法蘭和第二法蘭，渦輪栗安裝座上帶有氣路通道、高溫低壓油路通道、低溫低壓油路通道和低溫高壓油路通道；氣路通道的入口位于平臺上，氣路通道的出口位于第一法蘭上；高溫低壓油路通道的入口位于第二法蘭上，高溫低壓油路通道的的出口位于第一法蘭上；低溫低壓油路通道的入口位于第一法蘭上，低溫低壓油路通道的出口位于渦輪栗安裝座圓柱體內(nèi)；低溫高壓油路通道的入口位于渦輪栗安裝座圓柱體內(nèi)，低溫高壓油路通道的出口位于第二法蘭上；
[0011]氫氣渦輪栗的栗輪的底端與低溫低壓油路通道的出口對接，氫氣渦輪栗的殼體底端面與渦輪栗安裝座的平臺固定連接；氫氣渦輪栗的栗輪的邊緣與低溫高壓油路通道的入口對接；
[0012]—種集成氫氣渦輪栗伺服機構(gòu)的伺服控制方法，從發(fā)動機或氣源引流的高壓氫氣從氫氣渦輪栗氫氣進氣口進入，高壓氫氣驅(qū)動氫氣渦輪栗做功后，氫氣依次經(jīng)過氫氣渦輪栗殼體螺旋氣路通道、渦輪栗安裝座氣路通道、冷卻器氣路通道、冷卻器耳座氣路通道排出；伺服機構(gòu)內(nèi)高溫低壓油經(jīng)伺服機構(gòu)作動器統(tǒng)一匯集，經(jīng)渦輪栗安裝座高溫低壓油路通道進入冷卻器進油通道，在冷卻器與低溫氫氣進行熱交換后，經(jīng)冷卻器排油通道進入渦輪栗安裝座低溫低壓油路通道，氫氣渦輪栗栗輪高速旋轉(zhuǎn)從渦輪栗安裝座低溫低壓油路通道吸油，通過離心作用，將高壓油栗出，高壓油經(jīng)渦輪栗安裝座低溫高壓油路通道進入伺服機構(gòu)作動器高壓油路通道，供伺服機構(gòu)做功，做功后的高溫低壓油經(jīng)匯集后重新在進入冷卻器油路通道，形成閉式循環(huán)。
[0013]所述的冷卻器耳座為帶有腔體的圓柱，圓柱開口的一端帶有第三法蘭，圓柱實芯的一端帶有圓環(huán)；圓柱的側(cè)面帶有一平臺，平臺上有一個與圓柱的腔體相連通的圓孔；腔體和圓孔為冷卻器耳座的氣路通道，第三法蘭端為氣路通道的入口，圓孔端為氣路通道的出口 ；
[0014]氫氣渦輪栗的殼體底端面與渦輪栗安裝座的平臺固定連接，渦輪栗安裝座上的氣路通道的入口與氫氣渦輪栗的殼體底端面之間通過柔性石墨墊進行密封，渦輪栗安裝座上的低溫低壓油路通道與氫氣渦輪栗的殼體底部圓柱之間通過密封圈進行密封；冷卻器的第四法蘭與渦輪栗安裝座的第一法蘭固定連接，冷卻器的進油通道入口與渦輪栗安裝座高溫低壓油路通到的出口連通，冷卻器的出油通道出口與渦輪栗安裝座低溫低壓油路通道的入口連通，兩油路通道均采用密封圈進行密封；冷卻器的氣路通道的入口與渦輪栗安裝座氣路通道的出口連通，通過柔性石墨密封墊進行密封；冷卻器的第五法蘭與冷卻器耳座的第三法蘭固定連接；冷卻器的氣路通道的出口與冷卻器耳座的氣路通道入口連通，通過柔性石墨密封墊進行密封；渦輪栗安裝座的第二法蘭與伺服機構(gòu)作動器固定連接，渦輪栗安裝座的高溫低壓油路通道的入口與作動器的低壓油路通道連通，渦輪栗安裝座的低溫高壓油路通道的出口與作動器的高壓油路通道連通，均通過密封圈進行油路通道密封。
[0015]所述的冷卻器包括不銹鋼殼體、前端板、折流板、管束、后端板和支撐桿；不銹鋼殼體、前端板、折流板、管束、后端板和支撐桿的材料均為不銹鋼材質(zhì)；
[0016]所述的不銹鋼殼體為承力件，不銹鋼殼體為中空圓柱，其一端帶有第四法蘭，另一端帶有第五法蘭，在不銹鋼殼體的側(cè)壁上有加強筋，加強筋內(nèi)部帶有進油通道和出油通道，進油通道的入口在第四法蘭上，出油通道的出口在第四法蘭上，第一條通道出口在中空圓柱內(nèi)表面且接近第五法蘭處；出油通道入口在中空圓柱內(nèi)表面且接近第四法蘭；第四法蘭和第五法蘭上各有一密封凹槽；所述的不銹鋼殼體通過其兩端的法蘭與伺服機構(gòu)主體固定連接；
[0017]所述的前端板為一圓盤，圓盤的底盤上分布有若干個毛細孔；
[0018]所述的折流板為一帶有缺口的圓板，圓板上分布有若干個毛細孔，圓板的邊緣處有光孔；
[0019]所述的管束為毛細管；
[0020]所述的后端板為一圓盤，圓盤的底盤上分布有若干個毛細孔；
[0021]所述的支撐桿為實心不銹鋼桿，支撐桿的一端焊接在前端板的底盤上，中間穿過折流板并與折流板點焊連接，支撐桿的另一端焊接在后端板的底盤上；
[0022]所述的管束依次穿過前端板、折流板和后端板，管束在前端板和后端板上均突出3_5mm ；
[0023]所述的管束與前端板、后端板均采用釬焊焊接；
[0024]所述的前端板的外表面與不銹鋼殼體的內(nèi)表面相匹配，前端板插入不銹鋼殼體內(nèi)，前端板的上表面距不銹鋼殼體第四法蘭端面8?12mm，前端板的上表面與不銹鋼殼體內(nèi)表面采用氬弧焊角焊焊接；
[0025]所述的后端板的外表面與不銹鋼殼體的內(nèi)表面相匹配，后端板插入不銹鋼殼體內(nèi)，后端板的上表面距不銹鋼殼體第五法蘭端面8?12mm，后端板的上表面與不銹鋼殼體內(nèi)表面也采用氬弧焊角焊焊接；
[0026]從伺服機構(gòu)主體流出的液壓油首先通過進油通道進入管束組成的管間腔，經(jīng)折流板的折流，通過折流板上的缺口沿管束的管間腔蜿蜒流動，并經(jīng)出油通道流出；
[0027]所述的不銹鋼殼體的兩端法蘭上的凹槽用于安裝柔性石墨，通過柔性石墨對不銹鋼殼體與伺服機構(gòu)主體進行密封；
[0028]所述的不銹鋼殼體的進油通道和出油通道與伺服機構(gòu)本體的油路通道之間采用密封管進行連接，不銹鋼殼體的進油通道入口端面上有一凹槽，進油通道入口內(nèi)壁上有一凹槽和凸臺，進油通道入口內(nèi)壁上的凸臺用于對密封管進行定位；進油通道入口內(nèi)壁上凹槽安裝密封圈，用于對密封管和進油通道進行密封；不銹鋼殼體的進油