采用多源氫氣能源的多變量多余度數(shù)控伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種伺服系統(tǒng)，具體說涉及一種運載火箭用多源氫氣能源的多變量多余度數(shù)控伺服系統(tǒng)，屬于運載火箭控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服系統(tǒng)是我國對運載火箭飛行控制執(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。液氫液氧發(fā)動機以液氫和液氧為燃料，具備無毒、無污染、高性價比和使用維護方便等優(yōu)點，是目前世界上的一種主流運載火箭發(fā)動機。相應(yīng)地，配套液氫液氧發(fā)動機的伺服系統(tǒng)也是必備箭上設(shè)備。
[0003]國內(nèi)外大推力火箭發(fā)動機推力矢量控制電液伺服機構(gòu)通常采用由發(fā)動機傳動軸獲取機械能，帶動伺服液壓栗工作，提供伺服系統(tǒng)工作所需的高壓能源，見附圖14。大推力液氫液氧雙擺發(fā)動機由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法采用傳統(tǒng)的機械供能方式。
[0004]國外大推力液氫液氧發(fā)動機推力矢量控制用伺服機構(gòu)采用的典型伺服能源方案有:美國新研阿瑞斯I / V上面級采用新研J-2X氫氧發(fā)動機，采用從發(fā)動機引流高壓氫氣驅(qū)動渦輪，經(jīng)齒輪箱減速后傳動液壓栗產(chǎn)生液壓能源，見附圖15。渦輪栗、液壓栗等元件分布放置，通過管路連接。日本改進型的H-1IA火箭一級采用LE-7氫氧發(fā)動機，其推力矢量執(zhí)行機構(gòu)采用蓄壓器+油箱的擠壓式(Blowdown)液壓系統(tǒng)，液壓油做功后直接排空，見附圖16。
[0005]國內(nèi)CZ-3A\CZ-3B火箭8T液氫液氧發(fā)動機推力矢量控制電液伺服機構(gòu)，采取從發(fā)動機氫氣渦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，見附圖17，該種氣動機能源方案只適用于較小功率的伺服機構(gòu)系統(tǒng)，不能用于本發(fā)明所要求的大功率伺服系統(tǒng)。

【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，提出采用多源氫氣能源的多變量多余度數(shù)控伺服系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]采用多源氫氣能源的多變量多余度數(shù)控伺服系統(tǒng)，其特征在于:該伺服系統(tǒng)包括一臺伺服控制器、伺服機構(gòu)A、伺服機構(gòu)B、伺服機構(gòu)C和伺服機構(gòu)D ;所述的伺服機構(gòu)C與伺服機構(gòu)A相同；所述的伺服機構(gòu)D與伺服機構(gòu)B相同；
[0009]所述的伺服控制器為三余度數(shù)字伺服控制器；
[0010]所述的伺服機構(gòu)A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A ;其中作動器A中的伺服閥采用三余度伺服閥，作動器A中的電位計采用三余度反饋電位計；
[0011]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 ；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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 ；
[0015]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；
[0016]所述的伺服機構(gòu)B包括油箱、蓄能器、電機、油栗和作動器B ;其中作動器B中的伺服閥采用三余度伺服閥，作動器B中的電位計采用三余度反饋電位計；所述的作動器B的左端與油箱的右端固定連接，油箱的左端與蓄能器的右端固定連接，油栗的右端與電機的左端固定連接，電機的下端面與蓄能器的右端上端面固定連接；油栗的吸油口、油栗泄油口與油箱通過油管連接；油栗高壓出油口與作動器通過油管連接；
[0017]伺服機構(gòu)A的作動器上有一個高壓油口和一個低壓油口，伺服機構(gòu)B的作動器上有兩個高壓油口和兩個低壓油口，伺服機構(gòu)A作動器的高壓油口與伺服機構(gòu)B作動器的其中一個高壓油口通過高壓油管連接，伺服機構(gòu)A作動器的低壓油口與伺服機構(gòu)B作動器的其中一個低壓油口通過低壓油管連接；伺服機構(gòu)B的另一個高壓油口與伺服機構(gòu)D作動器的其中一個高壓油口通過高壓油管連接；伺服機構(gòu)B的另一個低壓油口與伺服機構(gòu)D作動器的其中一個低壓油口通過低壓油管連接；
[0018]伺服機構(gòu)C作動器的高壓油口與伺服機構(gòu)D作動器的另一個高壓油口通過高壓油管連接，伺服機構(gòu)C作動器的低壓油口與伺服機構(gòu)D作動器的另一個低壓油口通過低壓油管連接；
[0019]伺服控制器與伺服機構(gòu)A的作動器、伺服機構(gòu)B的作動器、伺服機構(gòu)C的作動器、伺服機構(gòu)D的作動器分別通過電纜連接。
[0020]伺服機構(gòu)A與伺服機構(gòu)B在發(fā)動機上呈90°安裝；
[0021]伺服機構(gòu)C與伺服機構(gòu)D在另一臺發(fā)動機上呈90°安裝。
[0022]該伺服機構(gòu)A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A ；
[0023]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 ；
[0024]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；
[0025]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；
[0026]—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A統(tǒng)一匯集，經(jīng)渦輪栗安