一种带随动式隔热瓦的高同步性机电伺服机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带随动式隔热瓦的高同步性机电伺服机构，属于用于航天器发动 机的机电伺服机构技术领域。
【背景技术】
[0002] 现有机电伺服机构无专门的热防护设计，多采用包覆隔热石棉布、无碱玻璃纤维 带或镀铝薄膜硅橡胶等方式进行简单的热防护，传统的热防护方法存在如下问题：
[0003] 机电作动器的输出端会前后伸缩，传统的热防护措施仅能包覆机电伺服机构的固 定部分，无法包覆机电伺服机构的活动部分，因此无法实现完全包覆，同时密封性差，整体 热防护效果不佳；
[0004] 传统的热防护包覆无严格的固定形状，或为带状材料缠绕，或为软质材料剪裁成 型，最后通过捆扎带固定，此种紧固方式不牢靠，易产生多余物，造成发动机或伺服机构故 障；
[0005] 传统的控制驱动器对针对三支机电作动器的控制算法相互独立，三支机电作动器 给定相同的指令后，运动过程中会出现不同步，使得发动机喷管卡滞，造成发动机或伺服机 构故障；
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题为：克服现有技术无法跟随机电作动器运动、无法完全包 覆机电作动器的不足，提供一种带随动式隔热瓦的高同步性机电伺服机构，可保证在机电 作动器伸缩过程中隔热瓦完全包覆机电作动器，大幅提高热防护性能；
[0007] 本发明解决的技术方案为:一种带随动式隔热瓦的高同步性机电伺服机构，包括： 隔热瓦结构和伺服机构；
[0008] 隔热瓦结构，包括:隔热瓦1、隔热瓦2、隔热瓦3、隔热瓦4、隔热瓦5;
[0009] 伺服机构，包括:一台控制驱动器和三台机电作动器，每台机电作动器包括高温伺 服电机、齿轮减速器、滚珠丝杠副、位移反馈传感器、作动杆、前支耳、后支耳、前壳体、后壳 体、前支座、后支座；
[0010] 前壳体、后壳体的外表面分别包括第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面组 成中空腔体，第一侧面为U型面，第二侧面为平面；
[0011] 后支座固定在飞行器发动机的本体上，后支耳固定在后支座上，后壳体固定安装 在后支耳上，高温伺服电机安装在后壳体内部，且高温伺服电机的尾部靠近后支耳，高温伺 服电机尾部与后支耳间有空隙，高温伺服电机的输出端连接齿轮减速器的输入端，滚珠丝 杠副安装在前壳体内部，且与滚珠丝杠副的输入端与齿轮减速器的输出端连接，滚珠丝杠 副的输出端伸出前壳体;滚珠丝杠副的输出端连接前支耳;前支耳安装在前支座上，前支座 与飞行器的发动机的同步环相连；
[0012] 前壳体和后壳体的横截面均为U型，前壳体和后壳体的弧形面靠近飞行器的发动 机，且与飞行器的发动机有空隙；
[0013] 隔热瓦1覆盖在前壳体和后壳体的U型面上，且隔热瓦1的形状和前壳体和后壳体 的U型面的表面匹配；隔热瓦2覆盖在前壳体和后壳体的第二侧面上；隔热瓦2与隔热瓦1无 缝连接；隔热瓦5安装在后壳体靠近后支座的一端，且隔热瓦5与隔热瓦1和隔热瓦2无缝链 接；
[0014] 隔热瓦3为两端开放的U型腔体，隔热瓦4安装在隔热瓦3的一个开放端，且与隔热 瓦3的一个开放端无缝链接;隔热瓦3的另一个开放端的截面尺寸略大于安装在前壳体上的 隔热瓦1和隔热瓦2的截面尺寸;隔热瓦4安装在前支耳上；
[0015] 当高温伺服电正向或反向转动时，通过齿轮减速器、滚珠丝杠副、前支耳带带动安 装在飞行器发动机的同步环上的前支座，沿后壳体指向前壳体的方向或沿前壳体指向后壳 体的方向作直线运动;此时，隔热瓦3和隔热瓦4能够随前支耳的运动方向运动。
[0016] 所述高温伺服电机正向或反向转动是基于一种高同步性机电伺服机构的控制驱 动器，该控制驱动器包括:通信模块、DSP控制电路、多个驱动电路、A/D转换器、DC/DC电源模 块；
[0017] DC/DC电源模块将外部电源的+28V电压转换为三种不共地的独立电源，分别为+ 5V、+10V、+ 15V;通信模块在+5V电压下，接收飞行器发动机控制系统的指令，转发至DSP控制 电路;A/D转换器，接收每台机电作动器的位移反馈传感器反馈的模拟电压形式的位移信 号，并转换成数字电压信号后，送至DSP控制电路;DSP控制电路根据飞行器发动机控制系统 的指令和每个数字电压信号，进行PD控制算法运算，生成多路控制指令，送给每个驱动电 路，驱动每个高温伺服电机正向或反向转动，通过减速传动机构输出直线位移，同时送至位 移反馈传感器和发动机(发动机中的同步环，同步环用来调节发动机喷管开口大小），位移 反馈传感器将直线位移转换为模拟电压形式的位移信号。
[0018] 三台机电作动器在同一时刻在同一控制指令下动作，所述机电作动器的最大速度 能够达到67mm/s的工况下，三台机电作动器的位移差小于等于0.3_。
[0019] 所述高温伺服电机能够承受200°C的温度。
[0020] 所述无缝连接是通过螺纹连接及隔热胶粘接方式，可大幅提高隔热瓦结构的热密 封性，进而提高整体热防护性能。
[0021] 所述隔热瓦3与隔热瓦1和隔热瓦2配合的开放端略大于隔热瓦1和隔热瓦2的截面 尺寸，存在0.2_的间隙，使隔热瓦3能够相对隔热瓦1和隔热瓦2随前支耳沿后壳体指向前 壳体的方向或沿前壳体指向后壳体的方向作直线运动，同时保证隔热瓦结构的热密封性， 提高整体热防护性能。
[0022] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0023] (1)本发明通过隔热瓦与机电作动器一体化设计方案，实现隔热瓦随机电作动器 的伸缩而伸缩，保证机电作动器伸缩过程中隔热瓦完全包覆，大幅提高热防护性能，实现机 电作动器在400°C高温热环境中连续工作lh;
[0024] (2)隔热瓦1、隔热瓦2、隔热瓦5之间以及隔热瓦3、隔热瓦4之间通过螺纹及隔热胶 紧固，提高隔热瓦结构的热密封性，实现机电作动器在400°C高温热环境中连续工作lh;
[0025] (3)隔热瓦3与隔热瓦1、隔热瓦2之间存在0.2mm的间隙，隔热瓦3能够相对隔热瓦1 和隔热瓦2随前支耳沿后壳体指向前壳体的方向或沿前壳体指向后壳体的方向作直线运 动，同时保证了隔热瓦结构的热密封性，提高整体热防护性能，实现机电作动器在400°C高 温热环境中连续工作lh。
[0026] (4)传统的热防护方式包覆物无固定形状，不易紧固，易产生多余物，造成飞行器 发动机故障，本发明设计的隔热瓦均为机加件，通过螺纹及隔热胶紧固，紧固方便可靠，无 多余物隐患；
[0027] (5)三台机电作动器在同一时刻在同一控制指令下动作，所述机电作动器的最大 速度能够达到67mm/s的工况下，三台机电作动器的位移差小于等于0.3mm;
【附图说明】
[0028]图1为本发明机电伺服机构原理图；
[0029]图2为本发明三台机电作动器在发动机上的布局图；
[0030]图3为本发明隔热瓦布局；
[0031 ]图4为本发明机电作动器和隔热瓦的详细结构图；
[0032]图5为本发明隔热瓦3与隔热瓦1、隔热瓦2之间的间隙图；
[0033]图6为本发明隔热瓦内壁温升曲线；
[0034] 图7为本发明控制驱动器详细方案框图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明的基本思路为:一种带随动式隔热瓦的高同步性机电伺服机构，应用于某 飞行器发动机的喷管开口调节，通过随动轻质刚性陶瓷隔热瓦与机电作动器一体化设计， 使得机电作动器能够在发动机周围400°C高温热环境中连续工作lh。本发明的机电伺服机 构采用一台控制驱动器同时控制三台机电作动器的系统方案，通过位置一速度一电流三环 控制保证三台机电作动器输出动作的高同步性。机电作动器安装在发动机喷管附近，隔热 瓦通过螺纹及隔热胶包覆在机电作动器表面，可随机电伺服机构的输出端的伸缩而伸缩， 实现完全包覆，大幅提高了机电伺服机构的耐高温性能。
[0036] 本发明提出隔热瓦与机电作动器一体化设计方案，隔热瓦分为固定（隔热瓦1、隔 热瓦2、隔热瓦5)与随动（隔热瓦3、隔热瓦4)两部分，隔热瓦3及隔热瓦4可随机电作动器输 出端的伸缩而伸缩，并且保证伸缩过程中完全包覆机电作动器，实现机电作动器在400°C高 温热环境中连续工作lh;
[0037] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0038] 如图1、图2所示，本发明机电伺服系统主要由带随动式隔热瓦的机电作动器和控 制驱动器两大部分组成，一台控制驱动器同时控制三台机电作动器。
[0039] 如图3所示，机电作动器由高温伺服电机、齿轮减速器、滚珠丝杠副、位移反馈传感 器、作动杆、前支耳、后支耳、前壳体、后壳体、前支座、后支座组成，后支耳和后支座安装在 发动机上，后壳体与后支耳固连，高温伺服电机安装在后壳体上，通过齿轮减速器、滚珠丝 杠副、作动杆的传动，带动前支耳、前支座沿后壳体指向前壳体的方向或沿前壳体指向后壳 体的方向作直线运动，从而带动同步环前后运动。三台机电作动器同时推动同步环，实现发 动机喷管开口大小调节。
[0040] 如图4所示，隔热瓦1、隔热瓦2固定在作动器前壳体和后壳体上，隔热瓦5固定在与 发动机固连的后支耳上，与隔热瓦1、隔热瓦2通过螺纹及隔热胶紧固，隔热瓦3、隔热瓦4固 定在前支耳上，随前支耳沿