一種以低溫氫氣為能源的三冗余數(shù)字式雙擺伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種運(yùn)載火箭液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量控制用多余度閥控伺服機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服系統(tǒng)是我國(guó)對(duì)運(yùn)載火箭飛行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)，典型應(yīng)用是搖擺發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施推力矢量控制。液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為航天運(yùn)載工具有著它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):能量高，比沖值可達(dá)420s以上，有利于大幅度提高有效載荷，且無(wú)毒、來(lái)源豐富，是一種常用運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。相應(yīng)地，搖擺液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的伺服機(jī)構(gòu)也是必備箭上設(shè)備。由于功率較大(千瓦至數(shù)十千瓦級(jí))，如何解決其能源問(wèn)題成為此類(lèi)伺服機(jī)構(gòu)技術(shù)方案的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題；另一方面，如用于載人運(yùn)載火箭，伺服機(jī)構(gòu)可靠性指標(biāo)要求又特別高，可靠性設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種以低溫氫氣為能源的三冗余數(shù)字式雙擺伺服系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)高度集成、可靠性高，能夠方便實(shí)現(xiàn)地面測(cè)試和天地能源切換、具備冷起控能力。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種以低溫氫氣為能源的三冗余數(shù)字式雙擺伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)和三余度控制器，第一伺服機(jī)構(gòu)的低壓自封端與第二伺服機(jī)構(gòu)的低壓自封端連接；第一伺服機(jī)構(gòu)的高壓自封端與第二伺服機(jī)構(gòu)的高壓自封端連接；第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)的的輸出端均與三余度控制器輸入端連接；第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)各包括一個(gè)氣動(dòng)機(jī)和一個(gè)變量柱塞栗，氣動(dòng)機(jī)連接變量柱塞栗驅(qū)動(dòng)端；第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)的輸入端均與三余度控制器的輸出端連接，第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)將位移反饋信號(hào)傳遞給三余度控制器，三余度控制器將該位移反饋信號(hào)與控制系統(tǒng)傳輸?shù)目刂浦噶畋容^后輸出電壓模擬控制信號(hào)給第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)，控制第一伺服機(jī)構(gòu)、第二伺服機(jī)構(gòu)的流量、壓力。
[0005]所述的第一伺服機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)、第一氣動(dòng)機(jī)、第一變量柱塞栗、第一油箱、第二單向閥、第一油濾、第一安全閥、第一液壓鎖、第一三余度伺服閥、第一伺服作動(dòng)器、第一三余度反饋電位計(jì)、第一低壓安全活門(mén)、第一低壓自封、第一高壓自封，第一電機(jī)、第一氣動(dòng)機(jī)連接于第一變量柱塞栗驅(qū)動(dòng)端口 ；第一變量柱塞栗前端連通于第一油箱的第一輸油端口 ；第一油箱第二輸油端口連通于第一低壓安全活門(mén)的前端；第一變量柱塞栗后端連通于第二單向閥前端；第二單向閥后端連通于第一油濾的前端和第一高壓自封的前端；第一油濾后端連通于第一安全閥的前端和第一液壓鎖第一油路前端；第一油箱第三輸油端口連通于第一液壓鎖第二油路前端；第一液壓鎖第一、第二油路后端連通于第一三余度伺服閥第一、第二油路輸入端；三余度伺服閥第三、第四油路流出端分別連通于第一液壓鎖的第三、第四油路輸入端；液壓鎖第三、第四油路輸出端連通于第一伺服作動(dòng)器的左腔體、右腔體入口 ；第一伺服作動(dòng)器腔體連接于第一三余度反饋電位計(jì)；第一油箱第四輸油端口連通于第一低壓自封的前端；第一液壓鎖的第三、第四油路受第一液壓鎖開(kāi)放控制。
[0006]第一伺服機(jī)構(gòu)包括還第一單向閥、第一蓄能器、第一電磁閥，第一單向閥前端連通于第一變量柱塞栗后端；第一單向閥后端連通于第一蓄能器流入端；第一蓄能器流出端連通于第一電磁閥的前端；第一電磁閥后端與第二單向閥后端連通于第一油濾的前端；第一電磁閥后端與第二單向閥的后端連通于第一高壓自封的前端。
[0007]所述的第二伺服機(jī)構(gòu)包括第二氣動(dòng)機(jī)、第二變量柱塞栗、第二油箱、第四單向閥、第二油濾、第二安全閥、第二液壓鎖、第二三余度伺服閥、第二伺服作動(dòng)器、第二三余度反饋電位計(jì)、第二低壓安全活門(mén)、第二低壓自封、第二高壓自封，第二氣動(dòng)機(jī)連接于第二變量柱塞栗的驅(qū)動(dòng)端口 ；第二變量柱塞栗前端連接于第二油箱的第一輸油端口 ；第二油箱第二輸油端口連通于第二低壓安全活門(mén)的前端；第二變量柱塞栗出油端連通于第四單向閥的前端；第四單向閥的后端連通于第二油濾的前端和第二高壓自封的前端；第二油濾后端連通于第二安全閥的前端和第二液壓鎖的第一油路前端；第二油箱的第三輸油端口連通于第二液壓鎖第二油路前端；第二液壓鎖第一、第二油路后端分別連通于第二三余度伺服閥第一、第二油路流入端；第二三余度伺服閥第三、第四油路流出端分別連通于第二液壓鎖第三、第四油路前端；第二液壓鎖第三、第四油路后端分別連通于第二伺服作動(dòng)器的左腔體、右腔體入口 ；第二伺服作動(dòng)器腔體連接于第二三余度反饋電位計(jì)；第二油箱第四輸油端口連通于第二低壓自封的前端；第二液壓鎖的第三、第四油路第二液壓鎖開(kāi)放控制。
[0008]所述的第二伺服機(jī)構(gòu)包括還第三單向閥、第二蓄能器、第二電磁閥，第三單向閥的前端連通于第二變量柱塞栗出油端；第三單向閥的后端連通于第二蓄能器的流入端；第二蓄能器流出端連通于第二電磁閥的前端；第二電磁閥后端與第四單向閥的后端連通于第二油濾的前端；第二電磁閥與第四單向閥的后端連通于第二高壓自封的前端。
[0009]所述的第一伺服機(jī)構(gòu)的第一低壓自封的后端通過(guò)低壓自封軟管與第二伺服機(jī)構(gòu)的第二低壓自封的后端連通，第一伺服機(jī)構(gòu)的第一高壓自封的后端通過(guò)高壓自封軟管與第二伺服機(jī)構(gòu)的第二高壓自封的后端連通；低壓自封軟管、高壓自封軟管可拆卸。
[0010]所述的三余度控制器包括結(jié)構(gòu)相同并聯(lián)的子控制器1、子控制器I1、子控制器II1
[0011]所述的第一三余度伺服閥、第二三余度伺服閥均包括前置級(jí)1、前置級(jí)I1、前置級(jí)
II1、功率級(jí)滑閥，前置級(jí)1、前置級(jí)11、前置級(jí)111并聯(lián)連接于功率級(jí)滑閥；所述的子控制器I信號(hào)輸出端、子控制器II信號(hào)輸出端、子控制器III信號(hào)輸出端比較連接后與第一三余度伺服閥、第二三余度伺服閥的前置級(jí)I信號(hào)輸入端、前置級(jí)II信號(hào)輸入端、前置級(jí)III信號(hào)輸入端連接。
[0012]所述第一三余度反饋電位計(jì)、第二三余度反饋電位計(jì)均包括反饋電位計(jì)1、反饋電位計(jì)I1、反饋電位計(jì)III，第一三余度反饋電位計(jì)的反饋電位計(jì)1、反饋電位計(jì)I1、反饋電位計(jì)III并聯(lián)連通于第一伺服作動(dòng)器；第二三余度反饋電位計(jì)的反饋電位計(jì)1、反饋電位計(jì)
I1、反饋電位計(jì)III并聯(lián)連通于第二伺服作動(dòng)器；一三余度反饋電位計(jì)、第二三余度反饋電位計(jì)的反饋電位計(jì)1、反饋電位計(jì)11、反饋電位計(jì)III均與所述的子控制器1、控制器I1、控制器III控制路連接。
[0013]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0014](I)兩種伺服機(jī)構(gòu)均帶有能源組件，通過(guò)自封軟管并聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源雙冗余，以及兩臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)間能源的自動(dòng)調(diào)配；伺服控制器、伺服閥、位置反饋傳感器等關(guān)鍵控制器件為三冗余設(shè)計(jì)。具備關(guān)鍵環(huán)節(jié)“一度故障容錯(cuò)能力”及致命薄弱環(huán)節(jié)“兩度故障容錯(cuò)能力”，伺服系統(tǒng)可靠性提高至0.9993以上，容錯(cuò)能力較現(xiàn)役伺服機(jī)構(gòu)顯著提高。
[0015](2)采用整體化自足式設(shè)計(jì)，從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)栗后引流高壓超低溫氫氣作為飛行動(dòng)力源，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，充分滿(mǎn)足箭上安裝空間狹小需求。
[0016](3)兩種伺服機(jī)構(gòu)通過(guò)可拆卸式低壓自封軟管、高壓自封軟管并聯(lián)，優(yōu)化了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的內(nèi)部導(dǎo)管連接，提高了使用和維護(hù)性能。
[0017](4)氣動(dòng)機(jī)技術(shù)將從發(fā)動(dòng)機(jī)引流的超低溫氫氣(可達(dá)195K)轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力，是變量液壓柱塞栗的理想動(dòng)力，同時(shí)最大限度的簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)與伺服機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；同時(shí)氣動(dòng)機(jī)的高可靠化技術(shù)，也滿(mǎn)足了其超低溫、長(zhǎng)時(shí)間、高可靠、潮濕環(huán)境的工況需求。
[0018](5)能夠方便實(shí)現(xiàn)地面測(cè)試和天地能源切換，在地面測(cè)試時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)作幅度較小，變量柱塞栗需要功率不大，因此用較小功率的電機(jī)即可以實(shí)現(xiàn)；飛行時(shí)，則由氣動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。