一种集成氢气涡轮泵的伺服机构及伺服控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种伺服机构及伺服控制方法，具体说涉及一种配套运载火箭液氢液氧发动机、集成氢气涡轮栗能源的高紧凑大功率伺服机构及伺服控制方法，属于运载火箭控制技术领域。
【背景技术】
[0002]伺服机构是我国对运载火箭/导弹飞行控制执行机构子系统的统称，典型应用是摇摆发动机实施推力矢量控制。
[0003]国内YF-75液氢液氧发动机推力矢量控制电液伺服机构，米取从发动机氢气祸轮栗后引流高压氢气，驱动小功率叶片式气动机传动变量液压栗的能源方案，该种气动机能源方案只适用于(功率分布)较小功率的伺服机构。
[0004]国内、外固体导弹推力矢量控制电液伺服机构，曾有采用高温燃气驱动超高速涡轮栗建立大功率伺服液压能源的先例，其功率超过20kW，但受涡轮栗工作发热等影响，其一次连续工作时间限于100s以内，该方案仅能满足伺服机构短时间工作要求。
[0005]针对大推力液氢液氧发动机推力矢量控制，其配套伺服机构功率需求为20kW，工作时间超过500s，上述伺服机构方案不能使用。
【发明内容】
[0006]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提出一种集成氢气涡轮栗的伺服机构及伺服控制方法，可满足伺服机构大功率、长时间工作使用要求。
[0007]本发明的技术解决方案是:
[0008]—种集成氢气涡轮栗的伺服机构，该伺服机构包括氢气涡轮栗、冷却器、涡轮栗安装座、冷却器耳座和伺服机构作动器；
[0009]所述的氢气涡轮栗包括端盖、壳体和栗轮；壳体的上方固定连接端盖，壳体的下方固定连接栗轮，壳体内有螺旋型气路通道；端盖上有氢气进气口 ；
[0010]所述的涡轮栗安装座为两端带有法兰的实心圆柱体，圆柱体的侧面带有一个平台，两端的法兰分别为第一法兰和第二法兰，涡轮栗安装座上带有气路通道、高温低压油路通道、低温低压油路通道和低温高压油路通道；气路通道的入口位于平台上，气路通道的出口位于第一法兰上；高温低压油路通道的入口位于第二法兰上，高温低压油路通道的的出口位于第一法兰上；低温低压油路通道的入口位于第一法兰上，低温低压油路通道的出口位于涡轮栗安装座圆柱体内；低温高压油路通道的入口位于涡轮栗安装座圆柱体内，低温高压油路通道的出口位于第二法兰上；
[0011]氢气涡轮栗的栗轮的底端与低温低压油路通道的出口对接，氢气涡轮栗的壳体底端面与涡轮栗安装座的平台固定连接；氢气涡轮栗的栗轮的边缘与低温高压油路通道的入口对接；
[0012]—种集成氢气涡轮栗伺服机构的伺服控制方法，从发动机或气源引流的高压氢气从氢气涡轮栗氢气进气口进入，高压氢气驱动氢气涡轮栗做功后，氢气依次经过氢气涡轮栗壳体螺旋气路通道、涡轮栗安装座气路通道、冷却器气路通道、冷却器耳座气路通道排出；伺服机构内高温低压油经伺服机构作动器统一汇集，经涡轮栗安装座高温低压油路通道进入冷却器进油通道，在冷却器与低温氢气进行热交换后，经冷却器排油通道进入涡轮栗安装座低温低压油路通道，氢气涡轮栗栗轮高速旋转从涡轮栗安装座低温低压油路通道吸油，通过离心作用，将高压油栗出，高压油经涡轮栗安装座低温高压油路通道进入伺服机构作动器高压油路通道，供伺服机构做功，做功后的高温低压油经汇集后重新在进入冷却器油路通道，形成闭式循环。
[0013]所述的冷却器耳座为带有腔体的圆柱，圆柱开口的一端带有第三法兰，圆柱实芯的一端带有圆环；圆柱的侧面带有一平台，平台上有一个与圆柱的腔体相连通的圆孔；腔体和圆孔为冷却器耳座的气路通道，第三法兰端为气路通道的入口，圆孔端为气路通道的出口 ；
[0014]氢气涡轮栗的壳体底端面与涡轮栗安装座的平台固定连接，涡轮栗安装座上的气路通道的入口与氢气涡轮栗的壳体底端面之间通过柔性石墨垫进行密封，涡轮栗安装座上的低温低压油路通道与氢气涡轮栗的壳体底部圆柱之间通过密封圈进行密封；冷却器的第四法兰与涡轮栗安装座的第一法兰固定连接，冷却器的进油通道入口与涡轮栗安装座高温低压油路通到的出口连通，冷却器的出油通道出口与涡轮栗安装座低温低压油路通道的入口连通，两油路通道均采用密封圈进行密封；冷却器的气路通道的入口与涡轮栗安装座气路通道的出口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；冷却器的第五法兰与冷却器耳座的第三法兰固定连接；冷却器的气路通道的出口与冷却器耳座的气路通道入口连通，通过柔性石墨密封垫进行密封；涡轮栗安装座的第二法兰与伺服机构作动器固定连接，涡轮栗安装座的高温低压油路通道的入口与作动器的低压油路通道连通，涡轮栗安装座的低温高压油路通道的出口与作动器的高压油路通道连通，均通过密封圈进行油路通道密封。
[0015]所述的冷却器包括不锈钢壳体、前端板、折流板、管束、后端板和支撑杆；不锈钢壳体、前端板、折流板、管束、后端板和支撑杆的材料均为不锈钢材质；
[0016]所述的不锈钢壳体为承力件，不锈钢壳体为中空圆柱，其一端带有第四法兰，另一端带有第五法兰，在不锈钢壳体的侧壁上有加强筋，加强筋内部带有进油通道和出油通道，进油通道的入口在第四法兰上，出油通道的出口在第四法兰上，第一条通道出口在中空圆柱内表面且接近第五法兰处；出油通道入口在中空圆柱内表面且接近第四法兰；第四法兰和第五法兰上各有一密封凹槽；所述的不锈钢壳体通过其两端的法兰与伺服机构主体固定连接；
[0017]所述的前端板为一圆盘，圆盘的底盘上分布有若干个毛细孔；
[0018]所述的折流板为一带有缺口的圆板，圆板上分布有若干个毛细孔，圆板的边缘处有光孔；
[0019]所述的管束为毛细管；
[0020]所述的后端板为一圆盘，圆盘的底盘上分布有若干个毛细孔；
[0021]所述的支撑杆为实心不锈钢杆，支撑杆的一端焊接在前端板的底盘上，中间穿过折流板并与折流板点焊连接，支撑杆的另一端焊接在后端板的底盘上；
[0022]所述的管束依次穿过前端板、折流板和后端板，管束在前端板和后端板上均突出3_5mm ；
[0023]所述的管束与前端板、后端板均采用钎焊焊接；
[0024]所述的前端板的外表面与不锈钢壳体的内表面相匹配，前端板插入不锈钢壳体内，前端板的上表面距不锈钢壳体第四法兰端面8?12mm，前端板的上表面与不锈钢壳体内表面采用氩弧焊角焊焊接；
[0025]所述的后端板的外表面与不锈钢壳体的内表面相匹配，后端板插入不锈钢壳体内，后端板的上表面距不锈钢壳体第五法兰端面8?12mm，后端板的上表面与不锈钢壳体内表面也采用氩弧焊角焊焊接；
[0026]从伺服机构主体流出的液压油首先通过进油通道进入管束组成的管间腔，经折流板的折流，通过折流板上的缺口沿管束的管间腔蜿蜒流动，并经出油通道流出；
[0027]所述的不锈钢壳体的两端法兰上的凹槽用于安装柔性石墨，通过柔性石墨对不锈钢壳体与伺服机构主体进行密封；
[0028]所述的不锈钢壳体的进油通道和出油通道与伺服机构本体的油路通道之间采用密封管进行连接，不锈钢壳体的进油通道入口端面上有一凹槽，进油通道入口内壁上有一凹槽和凸台，进油通道入口内壁上的凸台用于对密封管进行定位；进油通道入口内壁上凹槽安装密封圈，用于对密封管和进油通道进行密封；不锈钢壳体的进油