推力矢量控制用伺服系统的制作方法

1.本实用新型涉及火箭发动机推力矢量控制技术领域，具体而言，涉及一种推力矢量控制用伺服系统。


背景技术：

2.火箭、导弹和飞机等飞行器的姿态控制依靠的是发动机推力矢量控制。发动机推力矢量控制依靠伺服系统推动喷管或者舵面运动，从而实现发动机的姿态控制。因此，伺服系统的可靠性事关火箭(导弹)的运动成败。伺服系统根据驱动控制作动器的能源不同形式可以分为液压伺服系统和机电控制伺服系统，液压伺服系统又可分为阀控伺服系统和泵控伺服系统。
3.现有技术中的伺服系统一般是液压伺服系统或者机电控制伺服系统，其能源形式单一，一旦能源发生故障，伺服系统将无法正常工作或者会出现直接报废的情况，这样使得伺服系统的整体可靠性较低。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种推力矢量控制用伺服系统，以解决现有技术中的推力矢量控制用伺服系统的可靠性较低的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种推力矢量控制用伺服系统，包括：液压能源部，包括油泵；主供油通路，油泵位于主供油通路上；作动器，包括位于主供油通路的缸体、位于缸体内的活塞杆以及设置在缸体内的活塞，活塞将缸体的内腔分隔为两个腔体，两个腔体均与主供油通路连通；电动能源部，具有能够与活塞杆驱动连接的第一状态和与活塞杆断开连接的第二状态，作动器选择性地与电动能源部和油泵中的一个连接，以使活塞杆能够沿缸体的轴线往复运动。
6.进一步地，推力矢量控制用伺服系统还包括：油箱，主供油通路的一端与油泵连接，主供油通路的另一端与油箱连接；伺服阀，位于主供油通路，伺服阀与两个腔体均连通，以控制缸体的油路换向。
7.进一步地，伺服阀具有第一进出油口、第二进出油口、第三进出油口和第四进出油口，其中，第一进出油口与油泵连通，第二进出油口与两个腔体中的一个连通，第三进出油口与两个腔体中的另一个连通，第四进出油口与油箱连通。
8.进一步地，推力矢量控制用伺服系统还包括第一过油通路和位于第一过油通路的第一换向阀，第一过油通路的一端与油泵连通，第一过油通路的另一端与油箱连通。
9.进一步地，油泵具有相对设置的第一油口和第二油口，第一油口与两个腔体中的一个连通，第二油口与两个腔体中的另一个连通；或者，油泵为双向定量液压泵。
10.进一步地，推力矢量控制用伺服系统还包括与油泵并联设置的第二换向阀，第二换向阀的一个油口与两个腔体中的一个连通，第二换向阀的另一个油口与两个腔体中的另一个连通。
11.进一步地，推力矢量控制用伺服系统还包括第二过油通路和位于第二过油通路的第三换向阀，第二过油通路的一端与两个腔体中的一个连通，第二过油通路的另一端与两个腔体中的另一个连通，以实现活塞杆的移动。
12.进一步地，推力矢量控制用伺服系统还包括与活塞杆连接的传动机构，传动机构包括：丝杠，与电动能源部连接；螺母，与活塞杆连接，螺母位于丝杠的外周，且螺母沿丝杠的轴线方向可移动地设置。
13.进一步地，电动能源部包括：旋转电机；减速机，与旋转电机的输出轴连接；离合器，位于减速机和丝杠之间，减速机通过离合器与丝杠连接。
14.进一步地，推力矢量控制用伺服系统还包括控制器和用于检测活塞杆位置的位置检测部，位置检测部、电动能源部和油泵均与控制器连接，控制器根据位置检测部检测的信息控制电动能源部和油泵的动作。
15.应用本实用新型的技术方案，通过设置液压能源部和电动能源部，并且活塞杆选择性地与液压能源部和电动能源部中的一个连接，从而使液压能源部和电动能源部均可以驱动作动器动作，这样，当液压能源部出现故障时，可以使电动能源部与活塞杆连接，从而使电动能源部驱动作动器动作；而当电动能源部出现故障时，可以利用液压能源部对作动器进行驱动，这样，可以有效地提高推力矢量控制用伺服系统的可靠性，保证推力矢量控制用伺服系统可以正常工作。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1示出了本实用新型的推力矢量控制用伺服系统的实施例一的结构示意图；以及
18.图2示出了本实用新型的推力矢量控制用伺服系统的实施例二的结构示意图。
19.其中，上述附图包括以下附图标记：
20.1、主供油通路；2、第一过油通路；3、第二过油通路；10、油泵；11、第一油口；12、第二油口；20、作动器；21、缸体；22、活塞杆；23、活塞；24、腔体；30、电动能源部；31、旋转电机；32、减速机；33、离合器；40、油箱；50、伺服阀；51、第一进出油口；52、第二进出油口；53、第三进出油口；54、第四进出油口；61、第一换向阀；62、第二换向阀；63、第三换向阀；70、传动机构；71、丝杠；72、螺母；81、控制器；82、位置检测部。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
22.需要说明的是，如图1所示，本实用新型的实施例一中，主供油通路1包括设置在油泵10和两个腔体24中的一个腔体24之间的油路以及设置在油箱40与两个腔体24中的另一个腔体24之间的油路；一个腔体24指的是图1中处于左侧位置的腔体，两个腔体24中的另一个腔体24指的是图1中处于右侧位置的腔体。
23.如图2所示，本实用新型的实施例二中，主供油通路1包括油泵10的第一油口11与两个腔体24中的一个腔体24之间的油路以及油泵10的第二油口12与两个腔体24中的另一个腔体24之间的油路。
24.需要说明的是，本实用新型的实施例中，液压能源部作为第一能源驱动作动器工作，当液压能源部出现故障时，再启动电动能源部30。
25.实施例一
26.如图1所示，本实用新型的实施例一提供了一种推力矢量控制用伺服系统。推力矢量控制用伺服系统包括液压能源部、主供油通路1、作动器20和电动能源部30。其中，液压能源部包括油泵10；油泵10位于主供油通路1上；作动器20包括位于主供油通路1的缸体21、位于缸体21内的活塞杆22以及设置在缸体21内的活塞23，活塞23将缸体21的内腔分隔为两个腔体24，两个腔体24均与主供油通路1连通；电动能源部30具有能够与活塞杆22驱动连接的第一状态和与活塞杆断开连接的第二状态，作动器20选择性地与电动能源部30和油泵10中的一个连接，以使活塞杆22能够沿缸体21的轴线往复运动。
27.上述技术方案中，通过设置液压能源部和电动能源部30，并且活塞杆22选择性地与液压能源部和电动能源部30中的一个连接，从而使液压能源部和电动能源部30均可以驱动作动器20动作，这样，当液压能源部出现故障时，可以使电动能源部30与活塞杆22连接，从而使电动能源部30驱动作动器20动作；而当电动能源部30出现故障时，可以利用液压能源部对作动器20进行驱动，这样，可以有效地提高推力矢量控制用伺服系统的可靠性，保证推力矢量控制用伺服系统可以正常工作。
28.具体地，伺服系统是火箭(导弹)姿态控制系统中的极为关键的执行系统。本实用新型的实施例一的推力矢量控制用伺服系统有效的结合了液压和电动这两种能源形式，使之互为能源备份，达到了能源的冗余备份，有效的提高了伺服系统的可靠性，进而保证了火箭(导弹)运行的成功率。
29.本实用新型的实施例中，推力矢量控制用伺服系统还包括与作动器20连接的控制器，控制器控制作动器20与油泵10和电动能源部30中的一个连接。这样，可以实现电动能源部30和液压能源部分别与作动器20之间的自动切换。
30.具体地，本实用新型的实施例一中，通过设置主供油通路1、位于主供油通路1的油泵10和位于主供油通路1的缸体21，这样，当油泵10可以为两个腔体24中的一个腔体24供油，以使液压油推动活塞23沿缸体21的轴线方向移动，以带动活塞杆22沿缸体21的轴线方向移动，从而控制发动机喷管或舵面的运动，达到控制火箭推力矢量的目的。
31.具体地，本实用新型的实施例一中，液压能源部还包括与油泵10连接的电机，电机用于驱动油泵10转动。
32.当然，在附图未示出的替代实施例中，液压能源部可以替换为燃气涡轮动力装置或者采用高压挤压设备。
33.如图1所示，本实用新型的实施例一中，推力矢量控制用伺服系统还包括油箱40和伺服阀50。其中，主供油通路1的一端与油泵10连接，主供油通路1的另一端与油箱40连接；伺服阀50位于主供油通路1，伺服阀50与两个腔体24均连通，以控制缸体21的油路换向。
34.通过上述设置，油泵10可以将油箱40中的液压油通过伺服阀50输入两个腔体24中的一个腔体24中，两个腔体24中的另一个腔体24中的液压油会通过伺服阀50回到油箱40
中，这样，两个腔体24中的液压油会使活塞杆22沿缸体21的轴线往复移动，以实现作动器20的动作。
35.如图1所示，本实用新型的实施例一中，伺服阀50具有第一进出油口51、第二进出油口52、第三进出油口53和第四进出油口54，其中，第一进出油口51与油泵10连通，第二进出油口52与两个腔体24中的一个连通，第三进出油口53与两个腔体24中的另一个连通，第四进出油口54与油箱40连通。
36.上述技术方案中，当图1中的伺服阀50的左边得电时，第一进出油口51和第三进出油口53连通，第二进出油口52和第四进出油口54连通，液压油从油泵10输送至第一进出油口51，然后从第三进出油口53输出至缸体21的右边的腔体24中，缸体21的左边的腔体24中的液压油通过第二进出油口52和第四进出油口54后进入油箱40中，在液压油的驱动下，活塞杆22沿缸体21的轴线向左移动；当图1中的伺服阀50的右边得电时，第一进出油口51和第二进出油口52连通，第三进出油口53和第四进出油口54连通，液压油从油泵10输送至第一进出油口51，然后从第二进出油口52输出至缸体21的左边的腔体24中，缸体21的右边的腔体24中的液压油通过第三进出油口53和第四进出油口54后进入油箱40中，在液压油的驱动下，活塞杆22沿缸体21的轴线向右移动，进而可以实现活塞杆22的往复运动。
37.优选地，本实用新型的实施例一中，伺服阀50为三位四通换向阀。
38.如图1所示，本实用新型的实施例一中，推力矢量控制用伺服系统还包括第一过油通路2和位于第一过油通路2的第一换向阀61，第一过油通路2的一端与油泵10连通，第一过油通路2的另一端与油箱40连通。
39.通过上述设置，当油泵10出现故障不工作时，控制器可以控制第一换向阀61得电工作，以使第一换向阀61的两个油口接通，这样，电动能源部30驱动活塞杆22沿缸体21的轴线移动时，两个腔体24中的一个腔体24中的液压油会通过第一换向阀61回到两个腔体24中的另一个腔体24或者油箱40中，从而确保活塞杆22在电动能源部30的驱动下可以沿缸体21的轴线移动。
40.具体地，如图1中，本实用新型的实施例一中，当电动能源部30驱动活塞杆22向右移动时，缸体21的右边的腔体24中的液压油会回到油箱40中，和/或，右边的腔体24中的液压油通过第一换向阀61的右边油口进入，从第一换向阀61的左边油口流出后进入缸体21的左边的腔体24中；当电动能源部30驱动活塞杆22向左移动时，缸体21的左边的腔体24中的液压油会回到油箱40中，和/或，左边的腔体24中的液压油通过第一换向阀61的左边油口进入，从第一换向阀61的右边油口流出后进入缸体21的油边的腔体24中，从而实现缸体21的回油，进而实现活塞杆22的往复运动。
41.如图1所示，本实用新型的实施例一中，推力矢量控制用伺服系统还包括第二过油通路3和位于第二过油通路3的第三换向阀63，第二过油通路3的一端与两个腔体24中的一个连通，第二过油通路3的另一端与两个腔体24中的另一个连通，以实现活塞杆22的移动。
42.通过上述设置，当油泵10出现故障不工作时，控制器也可以控制第三换向阀63得电工作，以使第三换向阀63的两个油口接通，这样，电动能源部30驱动活塞杆22沿缸体21的轴线移动时，两个腔体24中的一个腔体24中的液压油会通过第三换向阀63和第二过油通路3回到两个腔体24中的另一个腔体24中，从而确保活塞杆22在电动能源部30的驱动下可以沿缸体21的轴线移动。
43.进一步，通过设置第一换向阀61和第三换向阀63，可以使之互为备份，达到了冗余备份的目的，当第一换向阀61和第三换向阀63中一个出现故障时，还有一个换向阀可以工作，这样，有效的提高了伺服系统的可靠性。
44.优选地，本实用新型的实施例一中，第三换向阀63为板式安装阀，可以安装在第二过油通路3上。当然，在替代实施例中，第三换向阀63可以为插装电磁阀，其安装在缸体21上。
45.如图1所示，本实用新型的实施例一中，推力矢量控制用伺服系统还包括与活塞杆22连接的传动机构70，传动机构70包括丝杠71和螺母72。其中，丝杠71与电动能源部30连接；螺母72与活塞杆22连接，螺母72位于丝杠71的外周，且螺母72沿丝杠71的轴线方向可移动地设置。
46.通过上述设置，电动能源部30驱动丝杠71转动时，螺母72沿丝杠71的轴线移动，以带动螺母72上的活塞杆22沿缸体21的轴线方向移动。进一步地，丝杠71的正转反转就可以实现活塞杆22的往复运动。
47.如图1所示，本实用新型的实施例一中，电动能源部30包括旋转电机31、减速机32和离合器33。其中，减速机32与旋转电机31的输出轴连接；离合器33位于减速机32和丝杠71之间，减速机32通过离合器33与丝杠71连接。
48.通过上述设置，旋转电机31通过减速机32和离合器33与丝杠71连接，旋转电机31可以将驱动丝杠71转动，从而带动活塞杆22沿缸体21的轴线移动。
49.具体地，本实用新型的实施例一中，离合器33可选择性与丝杠71连接，当液压能源部出现故障时，离合器33与丝杠71连接，旋转电机31驱动丝杠71转动；当液压能源部正常工作时，离合器33与丝杠71之间断开连接。
50.优选地，本实用新型的实施例一中，离合器33为电控离合器。
51.如图1所示，本实用新型的实施例一中，推力矢量控制用伺服系统还包括控制器81和用于检测活塞杆22位置的位置检测部82，位置检测部82、电动能源部30和油泵10均与控制器81连接，控制器81根据位置检测部82检测的信息控制电动能源部30和油泵10的动作。
52.通过上述设置，位置检测部82可以实时检测活塞杆22的位置，并且将检测信息传递给控制器，控制器根据检测的信息选择电动能源部30或者液压能源部驱动活塞杆22运动。
53.具体地，本实用新型的实施例一中，伺服阀50、第一换向阀61、第二换向阀62和第三换向阀63均与控制器连接，以使控制器可以控制伺服阀50、第一换向阀61、第二换向阀62和第三换向阀63的动作。
54.实施例二
55.本实用新型的实施例二与实施例一的不同之处在于：
56.油泵10的具体结构不同，本实施例二未设置伺服阀50和第一换向阀61以及本实施例二还设置了第二换向阀62。
57.具体地，如图2所示，油泵10具有相对设置的第一油口11和第二油口12，第一油口11与两个腔体24中的一个连通，第二油口12与两个腔体24中的另一个连通。
58.通过上述设置，当油泵10的第一油口11将液压油输送至缸体21的右边腔体24中时，缸体21的左边的腔体24中的液压油可以进入油泵10的第二油口12中，这样，液压油可以
驱动活塞杆22向左移动；当油泵10的第二油口12将液压油输送至缸体21的左边腔体24中时，缸体21的右边的腔体24中的液压油可以进入油泵10的第一油口11中，这样，液压油可以驱动活塞杆22向右移动，这样，油泵10可以驱动活塞杆22沿缸体21的轴线往复运动。
59.优选地，本实用新型的实施例二中，油泵10为双向定量液压泵。
60.如图2所示，本实用新型的实施例二中，推力矢量控制用伺服系统还包括与油泵10并联设置的第二换向阀62，第二换向阀62的一个油口与两个腔体24中的一个连通，第二换向阀62的另一个油口与两个腔体24中的另一个连通。
61.通过上述设置，当油泵10出现故障不工作时，控制器也可以控制第二换向阀62得电工作，以使第二换向阀62的两个油口接通，这样，电动能源部30驱动活塞杆22沿缸体21的轴线移动时，两个腔体24中的一个腔体24中的液压油会通过第二换向阀62回到两个腔体24中的另一个腔体24中，从而确保活塞杆22在电动能源部30的驱动下可以沿缸体21的轴线移动。
62.进一步，本实用新型的实施例二中，通过设置第二换向阀62和第三换向阀63，可以使之互为备份，达到了冗余备份的目的，当第二换向阀62和第三换向阀63中一个出现故障时，还有一个换向阀可以工作，这样，有效的提高了伺服系统的可靠性。
63.本实用新型的实施例二的其它结构均与实施例一相同，此处不再赘述。
64.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过设置液压能源部和电动能源部，并且活塞杆选择性地与液压能源部和电动能源部中的一个连接，从而使液压能源部和电动能源部均可以驱动作动器动作，这样，当液压能源部出现故障时，可以使电动能源部与活塞杆连接，从而使电动能源部驱动作动器动作；而当电动能源部出现故障时，可以利用液压能源部对作动器进行驱动，这样，可以有效地提高推力矢量控制用伺服系统的可靠性，保证推力矢量控制用伺服系统可以正常工作。
65.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。