一種冷、熱氣複合姿控動力系統的製作方法
2023-05-27 04:04:17
1.本發明涉及一種冷、熱氣複合姿控動力系統，屬於固體火箭裝置姿軌控技術領域。
背景技術：
2.隨著新一代武器裝備技術的飛速發展，當前已成為軍工關注的重點，姿軌控動力系統則是武器的必備裝置。
3.常規的姿軌控一般分為兩種，一種採用固體火箭發動機作為動力來源，此類姿軌控多用於中遠程飛彈末端姿態調節，其優勢在於無毒，能量密度大，可提供較大推力，劣勢在於只能實現單次點火，且點火後不可熄，不好控制，工作時間有限。另一種是採用液體火箭發動機作為動力來源，此類姿軌控多用於衛星等高空飛行器進行姿態調節，其優勢在於液體燃料可控性好，即開即用，且燃料可長期貯存，適用於為長航時作業飛行器提供姿態調整動力，劣勢在於液體燃料多有劇毒，對環境汙染較大，且其產生的推力通常較小，適用範圍有限。
4.因此，設計一款即可以提供較大推力，同時方便貯存，即開即用，能源清潔，適用於長航時，可多次點火，中遠程可用，推力梯度範圍廣，能實現俯仰、滾轉、偏航等姿態調整能力的姿控動力系統是本發明需要解決的問題。
技術實現要素：
5.本發明的技術解決問題是：克服現有技術的問題，提供一種可適用於長航時、推力範圍廣、能源清潔的姿控動力系統。具體解決問題：一、飛彈或其他飛行器需要的俯仰、滾轉以及偏航等姿態調整能力；二、各種飛行器在飛行各階段對姿態調整所需的推力不同的需求；三、飛行器所用姿軌控動力系統需具備能源清潔的特點；四、飛行器需在空中長航時作業，能量要求高；五、要求該裝置需安全無害，使用方便，保存持久。以上問題普遍存在於目前各類姿軌控動力系統，急需解決。
6.本發明採用的技術解決方案是：
7.一種冷、熱氣複合姿控動力系統，包括燃氣姿控系統、冷氣姿控系統以及驅動控制系統；燃氣姿控系統、冷氣姿控系統以及驅動控制系統均固定安裝在艙體內；
8.燃氣姿控系統包括燃氣發生器、燃氣閥門和管路組件；
9.冷氣姿控系統包括高壓氣瓶、冷氣發動機、減壓閥、電爆閥、冷氣先導閥；
10.多個冷氣發動機成對均勻分布在艙體內壁，多個燃氣發生器也均勻分布在艙體內壁，且冷氣發動機與燃氣發生器呈正交分布；
11.冷氣姿控系統接收到控制指令後，電爆閥進行電爆，高壓氣瓶與下遊管路組件形成通路，高壓氣體通過減壓閥減壓到恆定壓力，氣體一部分提供給冷氣發動機，另一部分提供給冷氣先導閥作為燃氣閥門的作動開關；形成冷、熱氣聯合工作的系統。
12.進一步的，冷氣先導閥依據驅動控制系統的控制指令進行開啟與關閉，氣體進入冷氣先導閥閥腔內產生一定的壓力，以此打開總體的燃氣閥門，此時，燃氣發生器接收到驅
動控制系統的控制指令進行點火，燃氣通過燃氣閥門口噴出，形成推力。
13.進一步的，驅動控制系統控制整個動力系統的電信號，其中包括：冷氣發動機作動時序、冷氣先導閥的作動時序、電爆閥的點火零點以及燃氣發生器的點火零點，並實時接收回告信號，反饋發動機真實工作狀態。
14.進一步的，冷氣姿控系統中的冷氣發動機可單獨作業，提供偏轉力矩，力矩大小可通過調整減壓閥開度進行調節控制；
15.冷氣姿控系統和燃氣姿控系統可同時工作，同時提供滾轉、俯仰以及偏航力矩。
16.進一步的，冷氣姿控系統中，冷氣發動機數量和大小均可通過工作時長以及所需的推力大小進行調整；燃氣姿控系統中，燃氣發生器的數量以及裝藥量也可根據所需推力大小和工作時長進行設計和調整。
17.進一步的，燃氣閥門與冷氣先導閥組成控制燃氣發生器點火後的燃氣流通速度和頻率的組合裝置；冷氣先導閥的閥芯由電磁閥控制運動，冷氣從高壓氣瓶通過管路流入冷氣先導閥，控制燃氣閥門閥杆的升降，從而控制燃氣閥門噴管口的開關，使得燃氣以設計頻率從燃氣閥門噴管口流出，產生推力，控制艙體產生俯仰力矩。
18.進一步的，高壓氣瓶為承高壓器件，使用帶薄金屬內襯的碳纖維纏繞工藝製成，氣瓶內充高壓氮氣；管路組件使用防隔熱結構功能一體化材料。
19.進一步的，冷氣姿控系統還包括安全閥，用於控制高壓氣瓶出氣口壓強最高閾值，當冷氣發動機暫停工作導致減壓閥減壓後的氣體釋放減慢時，管路中氣壓會大於安全閾值，進而影響燃氣閥門的響應時間，此時，安全閥自動開啟，釋放管路中的氣體，使壓強降低至額定工作壓強。
20.進一步的，冷氣姿控系統還包括高壓傳感器和低壓傳感器，用於對高壓氣瓶和管路組件中的高壓和低壓進行監控，同時將數據通過電纜實時傳遞至驅動控制系統。
21.進一步的，燃氣姿控系統中每個燃氣發生器均具備點火結構和密封結構，可獨立工作，互不影響；單個燃氣發生器點火後，產生的燃氣通過管路組件傳遞至各個燃氣閥門的噴管處，產生推力，同時在密封結構作用下，熱燃氣不會進入未發火的燃氣發生器燃燒室內。
22.進一步的，燃氣系統通過合理設定先導閥工作壓力與主閥壓力的比例關係，當燃氣發生器壓力過高時，可以衝開燃氣閥門的閥芯，釋放燃氣系統壓力，達到安全的效果。
23.進一步的，燃氣姿控系統可以設計成單開、雙開，也可以切換到更多閥門全開，使燃氣發生器進入低壓待機狀態，進一步提高能量利用率，也可以多燃燒室多閥門同時工作，提高姿態控制力。
24.本發明相比現有技術帶來的有益效果為：
25.(1)本發明可實現小推力三通道姿控功能，同時具備多次間歇性短時間內大推力俯仰、滾轉、偏航的控制功能。
26.(2)本發明具備根據需求調整推力大小以及作用頻率，滿足各類彈道飛彈作業時所需的多次長航時姿態調整能力。
27.(3)本發明性能可靠性高，結構簡單，可設計性強，安全性高，維護簡單，適用範圍廣。
附圖說明
28.圖1為一種冷、熱氣複合姿控動力系統結構示意圖；
29.圖2為一種冷、熱氣複合姿控動力系統結構俯視示意圖；
30.圖3為一種冷、熱氣複合姿控動力系統工作原理圖；
31.圖4為燃氣發生器、燃氣閥門、冷氣先導閥燃氣姿控系統工作原理圖；
32.圖5為冷氣發動機、電爆閥等冷氣姿控系統工作原理圖；
33.圖中，1—燃氣發生器、2—燃氣閥門、3—高壓氣瓶、4—冷氣發動機、5—減壓閥、6—電爆閥、7—冷氣先導閥、8—安全閥、9—高壓傳感器、10—低壓傳感器、11—管路組件、12—驅動控制系統、13—艙體
具體實施方式
34.下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行進一步的詳細描述。
35.如圖1和圖2所示，本發明提出一種冷、熱氣複合姿控動力系統，燃氣發生器1、燃氣閥門2、高壓氣瓶3、冷氣發動機4、減壓閥5、電爆閥6、冷氣先導閥7、安全閥8、高壓傳感器9、低壓傳感器10、管路組件11、驅動控制系統12、艙體13。
36.燃氣發生器1、燃氣閥門2、管路組件11屬於燃氣姿控系統；
37.高壓氣瓶3、冷氣發動機4、減壓閥5、電爆閥6、冷氣先導閥7、安全閥8和高壓傳感器9以及低壓傳感器10屬於冷氣姿控系統。
38.燃氣姿控系統、冷氣姿控系統、驅動控制系統共同組成複合姿控動力系統，該系統放置在艙體13內。
39.本實例給出的結構模型裝配順序應為：先將高壓氣瓶3、冷氣發動機4、減壓閥5、電爆閥6、冷氣先導閥7、安全閥8和高壓傳感器9以及低壓傳感器10組成冷氣姿控系統，放進艙體13內，通過螺釘與艙體緊固連接；
40.再將燃氣發生器1、燃氣閥門2、管路組件11組成的燃氣姿控系統放進艙體13內，通過螺釘與艙體13緊固，最後將驅動控制系統12放進艙體13，通過螺釘進行緊固，如圖1所示。
41.本發明實施例中，冷氣發動機4共計安裝了8個，成對均勻分布在艙體內壁，燃氣發生器1共計安裝4個，均勻分布在艙體內壁，冷氣發動機與燃氣發生器呈現正交分布，如圖1左所示，此安裝方式便於裝配，同時提高空間利用率，特別地，冷氣發動機和燃氣發生器的數量和大小可根據推力和時間需求進行設計，包括但不限於本實施例中結構形式。
42.本發明實施例中，複合姿控動力系統工作原理如圖3所示，冷氣系統接收到控制指令後電爆閥6進行電爆，高壓氣瓶3與下遊管路形成通路，高壓氣體通過減壓閥5減壓到恆定壓力，氣體供應至冷氣發動機4與冷氣先導閥7前。各發動機電磁閥根據控制指令開啟與關閉，直接控制氮氣噴出形成推力。冷氣先導閥7依據驅動控制系統12指令進行開啟與關閉，氮氣進入冷氣先導閥7閥腔內產生一定的壓力，以此打開總體的燃氣閥門2，此時，燃氣發生器1接收到驅動控制系統12指令進行點火，燃氣通過燃氣閥門2口噴出，形成推力。
43.驅動控制系統12控制整個動力系統的電信號，其中包括：冷氣發動機4作動時序、冷氣先導閥7的作動時序、電爆閥6的點火零點以及燃氣發生器1的點火零點，並實時接收回告信號，反饋發動機真實工作狀態。
44.本發明實施例中，燃氣發生器、燃氣閥門、冷氣先導閥燃氣姿控系統工作原理圖如
圖4所示，冷氣先導閥7裡的電磁鐵接收到驅動控制系統12指令，發出通斷電流，冷氣先導閥7閥芯運動，帶動燃氣閥門2閥杆運動，使得燃氣閥門噴管口的熱燃氣按照制定頻率噴出，形成規律推力。本實施案例中冷氣先導閥7推動控制燃氣閥門2開關的形式，包括但不限於本實施案例中展示的。
45.本發明實施例中，管路組件11防隔熱結構功能一體化材料，燒蝕量低，減少零部件數量的同時，降低阻塞閥門出口的風險。
46.本發明實施例中，高壓氣瓶3為帶薄金屬內襯的碳纖維纏繞工藝製成，氣瓶內充高壓氮氣，氣瓶材料及氣瓶內充置的氣體包括但不限於本實施例中的材料和氣體種類。
47.本發明實施例中，安全閥8，其功能在於控制高壓氣瓶出氣口壓強最高閾值。當冷氣發動機4暫停工作導致減壓閥5減壓後的氣體釋放減慢時，管路中氣壓會大於安全閾值，進而影響燃氣閥門2的響應時間，此時，安全閥8自動開啟，釋放管路中的氣體，使壓強降低至額定工作壓強。
48.本發明實施例中，冷氣發動機、電爆閥等冷氣姿控系統，可單獨進行工作，提供推力，其工作原理如圖5所示。冷氣發動機4單獨作業提供偏轉力矩，力矩大小可通過調整減壓閥5開度進行調節控制；冷氣姿控系統和燃氣姿控系統可同時工作，同時提供滾轉、俯仰以及偏航力矩。
49.冷氣姿控系統中，冷氣發動機4數量和大小均可通過工作時長以及所需的推力大小進行調整；燃氣姿控系統中，燃氣發生器1的數量以及裝藥量也可根據所需推力大小和工作時長進行設計和調整。
50.本發明實施例中，同時具備高壓傳感器9和低壓傳感器10，用於對高壓氣瓶3和管路組件11中的壓強進行監控，同時將數據通過電纜實時傳遞至驅動控制系統12，便於及時反饋和調整
51.本發明實施例中，燃氣姿控系統有多個燃氣發生器1，各個燃氣發生器1均具備點火結構和密封結構，可獨立工作，互不影響。燃氣發生器1點火後，產生的燃氣可通過管路組件11傳遞至各個燃氣閥門2的噴管處，產生推力，同時在密封結構作用下，熱燃氣不會進入未發火的燃氣發生器1燃燒室內。
52.本發明所述一種冷、熱氣複合姿控動力系統已完成產品研製，產品工藝性及可生產性已通過驗證，同時進行了系統地面試驗考核，滿足某型發動機姿態調整所需的工作性能需求。
53.對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。
54.本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域技術人員的公知技術。