一种一体化直驱式动态负压发生装置及其装配方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种一体化直驱式动态负压发生装置及其装配方法和应用，属于临近空间飞行器半实物大气环境仿真模拟领域，装置通过缸体、气缸端盖、法兰连接座、发生器固定座的结构上的创新设计，以及与回弹式位移传感器、气缸活塞、活塞杆、音圈电机线圈动子、音圈电机磁钢定子各部件之间连接关系的一体化创新设计，实现了基于变容积原理的直驱式动态负压发生装置，以音圈电机为控制元件，直接驱动活塞组件平移，使得被控腔的容积缩小或扩大，从而使被控腔在初始压力附近产生动态负压信号。本发明专利技术能够在更低的负压偏置点产生动态负压信号，具有大范围、高精度、高动态的特点。高动态的特点。高动态的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化直驱式动态负压发生装置及其装配方法和应用


[0001]本专利技术属于临近空间飞行器半实物大气环境仿真模拟领域，更具体地，涉及一种一体化直驱式动态负压发生装置及其装配方法和应用。

技术介绍

[0002]随着国家科技的发展，各国拓宽拓广了海、陆、空的探索和信息系统建设，临近空间(距地面20～100km的空域)被纳入发展的增长点之一。然而，全实物试验需要耗费大量的人力、物力，实现难度高。大气仿真模拟设备的成功研发能为高空飞行器的试验环节提供基础条件，大幅度降低试验成本。
[0003]高空气压环境对飞行器的高空性能有着决定性影响，要求大气仿真模拟设备具有较高的模拟精度。目前，某些飞行器的最高飞行高度为30km，气压环境低至1.17kPa，飞行器在飞行过程中会经过0～30km高度，飞行器所处的压力环境随着高度增加而降低，且不同高度的气压具有时变性。1kPa以下高精度、高动态负压动态伺服控制技术的攻关有助于推进面向更高空间(距地面30km以上的空域)的飞行器研究。因此，大范围、高精度、高动态的负压发生器是大气仿真模拟设备的关键组成。
[0004]大气仿真模拟设备通常采用较为成熟的基于定容积原理的负压伺服装置，例如专利CN 201710817585.X提供了一种高动态大气环境模拟系统及两回路控制方法，该系统以电
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气比例阀为控制元件，以环境压力为正压源，以真空泵为负压源，通过对定容积容腔抽、充气，进而改变定容积容腔的气体密度，从而产生负压信号。因为动态跟踪过程通过抽、充气控制定容积被控腔压力，会受到真空泵抽气能力不足以及气体在管道流动受到管路动态特性的影响，因而基于定容积原理的负压伺服装置无法在较低的压力点产生高动态、高精度的负压信号，最低只能达到1kPa的负压信号。
[0005]基于变容积原理的负压伺服装置目前处于研究阶段，例如专利CN201811542870.6提供了一种基于对称气缸的动态负压伺服控制系统与方法，基于变容积原理的负压伺服装置以电机为控制元件，在被控腔气体总量不变的情况下，通过电机驱动活塞组件移动，缩小或扩大被控腔的容积，从而在被控腔产生动态负压信号。然而，由于其结构复杂，伺服电机、滚珠丝杠、对称缸、位移传感器、位移控制器等部件需要一一手动安装在实验台上，导致装配难度大；其采用滚珠丝杆将电机的转动转换为对称缸活塞的移动，系统存在较大转动惯量，系统的动态性能较差，从而出现较大的相位滞后，其活塞组件和对称缸体内壁存在较大的静摩擦，导致其容易出现削顶现象，因而模拟的动态负压信号波形较差，精度较低，负压信号无法达到1kpa以下。
[0006]因此，亟需一种大范围、高精度的面向临近空间飞行器的动态负压发生装置，为临近空间飞行器的半实物仿真环节提供进一步技术支持。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种一体化直驱式动态负压
发生装置及其装配方法和应用，由此解决现有负压伺服技术存在的负压模拟范围局限于1kPa压力以上、系统动态性能差、装配难度高的技术问题。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了以下技术方案：
[0009]一种一体化直驱式动态负压发生装置，包括：回弹式位移传感器、缸体、气缸活塞、气缸端盖、音圈电机线圈动子、音圈电机磁钢定子、法兰连接座、发生器固定座和活塞杆，其中，
[0010]所述气缸端盖密封封盖在所述缸体右端，所述缸体的右端外周的第一凸台与所述气缸端盖外周的第二凸台固连并通过二者之间拐角接触面实现所述缸体与所述气缸端盖之间的定位；所述活塞杆的左端依次穿过所述气缸端盖、设置于所述缸体内的所述气缸活塞、所述缸体左端面后与所述回弹式位移传感器对接；所述活塞杆的右端与所述音圈电机线圈动子固连，所述音圈电机线圈动子可移动地设置于所述音圈电机磁钢定子上，所述音圈电机磁钢定子固定于所述法兰连接座内部，所述法兰连接座左侧开口、左侧外周设有第三凸台，所述第三凸台固连于所述第二凸台右侧外周的直角环形缺口内并通过二者之间拐角接触面实现所述法兰连接座与所述气缸端盖之间的定位；所述发生器固定座固连于所述第三凸台右下侧；
[0011]所述回弹式位移传感器、所述活塞杆、所述音圈电机线圈动子和所述音圈电机磁钢定子的中心轴重合；在所述缸体内所述气缸活塞左侧的腔体即左腔相对右侧的腔体即右腔密封，所述左腔和所述右腔均相对所述缸体外部环境密封；所述左腔和所述右腔的腔壁上各设有用以连通外部回路的通气孔。
[0012]优选地，上述一体化直驱式动态负压发生装置，还包括设有第一通孔的传感器固定座，所述传感器固定座固定在所述缸体左侧，所述回弹式位移传感器的右端穿入所述第一通孔，其弧形凸面与穿入所述第一通孔的所述活塞杆的左端的弧形凹面配合，以对所述回弹式位移传感器定位。
[0013]优选地，上述一体化直驱式动态负压发生装置，还包括法兰连接件，所述活塞杆的右端通过所述法兰连接件与所述音圈电机线圈动子固连。
[0014]优选地，上述一体化直驱式动态负压发生装置，还包括均设置于所述气缸端盖与所述活塞杆之间的第一导向环和密封盖，所述密封盖压紧所述第一导向环固定在所述气缸端盖右侧。
[0015]优选地，所述音圈电机磁钢定子与所述法兰连接座间隙配合；所述法兰连接座与所述气缸端盖间隙配合；所述气缸端盖与所述缸体间隙配合；所述缸体与所述活塞间隙配合；所述活塞与所述活塞杆间隙配合，二者之间轴肩定位；所述活塞杆与所述缸体间隙配合；所述活塞杆与所述气缸端盖间隙配合；所述活塞杆与所述法兰连接件间隙配合；所述活塞杆与所述活塞杆间隙配合。
[0016]优选地，所述缸体和所述活塞杆均采用不锈钢材料制成，所述气缸活塞和所述法兰连接件均采用铝合金材料制成，所述传感器固定座采用尼龙材料制成。
[0017]按照本专利技术的另一方面，还提供了以下技术方案：
[0018]一种一体化直驱式动态负压发生装置的装配方法，包括如下步骤：
[0019](S1)气缸活塞通过活塞杆轴肩定位后二者固连，构成活塞组件；将活塞组件从缸体右端装配入缸体内，然后将气缸端盖密封封盖在缸体右端；
[0020](S2)将音圈电机磁钢定子连同音圈电机线圈动子固定在法兰连接座内，音圈电机线圈动子与活塞杆右端固连，完成音圈电机装配；
[0021](S3)将回弹式位移传感器固定在缸体左侧，其右端通过弧形凸面与活塞杆左端的弧形凹槽配合定位对接；发生器固定座通过法兰连接座左侧外周的第三凸台定位，最后将气缸端盖、法兰连接座和发生器固定座相连接。
[0022]按照本专利技术的另一方面，还提供了以下技术方案：
[0023]一种基于一体化直驱式动态负压发生装置的负压伺服系统，包括：包括工控机、上述一体化直驱式动态负压发生装置和外部回路，其中，
[0024]所述外部回路包括右支路开关阀、左支路开关阀、右支路压力传感器、左支路压力传感器、主路开关阀和电
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气比例阀，所述右支路开关阀的一端连通所述一体化直驱式动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化直驱式动态负压发生装置，其特征在于，包括：回弹式位移传感器(1)、缸体(3)、气缸活塞(4)、气缸端盖(5)、音圈电机线圈动子(6)、音圈电机磁钢定子(7)、法兰连接座(8)、发生器固定座(10)和活塞杆(12)，其中，所述气缸端盖(5)密封封盖在所述缸体(3)右端，所述缸体(3)的右端外周的第一凸台与所述气缸端盖(5)外周的第二凸台固连并通过二者之间拐角接触面实现所述缸体(3)与所述气缸端盖(5)之间的定位；所述活塞杆(12)的左端依次穿过所述气缸端盖(5)、设置于所述缸体(3)内的所述气缸活塞(4)、所述缸体(3)左端面后与所述回弹式位移传感器(1)对接；所述活塞杆(12)的右端与所述音圈电机线圈动子(6)固连，所述音圈电机线圈动子(6)可移动地设置于所述音圈电机磁钢定子(7)上，所述音圈电机磁钢定子(7)固定于所述法兰连接座(8)内部，所述法兰连接座(8)左侧开口、左侧外周设有第三凸台，所述第三凸台固连于所述第二凸台右侧外周的直角环形缺口内并通过二者之间拐角接触面实现所述法兰连接座(8)与所述气缸端盖(5)之间的定位；所述发生器固定座(10)固连于所述第三凸台右下侧；所述回弹式位移传感器(1)、所述活塞杆(12)、所述音圈电机线圈动子(6)和所述音圈电机磁钢定子(7)的中心轴重合；在所述缸体(3)内所述气缸活塞(4)左侧的腔体即左腔相对右侧的腔体即右腔密封，所述左腔和所述右腔均相对所述缸体(3)外部环境密封；所述左腔和所述右腔的腔壁上各设有用以连通外部回路的通气孔。2.如权利要求1所述的一种一体化直驱式动态负压发生装置，其特征在于，还包括设有第一通孔的传感器固定座(2)，所述传感器固定座(2)固定在所述缸体(3)左侧，所述回弹式位移传感器(1)的右端穿入所述第一通孔，其弧形凸面与穿入所述第一通孔的所述活塞杆(12)的左端的弧形凹面配合，以对所述回弹式位移传感器(1)定位。3.如权利要求2所述的一种一体化直驱式动态负压发生装置，其特征在于，还包括法兰连接件(9)，所述活塞杆(12)的右端通过所述法兰连接件(9)与所述音圈电机线圈动子(6)固连。4.如权利要求3所述的一种一体化直驱式动态负压发生装置，其特征在于，还包括均设置于所述气缸端盖(5)与所述活塞杆(12)之间的第一导向环和密封盖(11)，所述密封盖(11)压紧所述第一导向环固定在所述气缸端盖(5)右侧。5.如权利要求4所述的一种一体化直驱式动态负压发生装置，其特征在于，所述音圈电机磁钢定子(7)与所述法兰连接座(8)间隙配合；所述法兰连接座(8)与所述气缸端盖(5)间隙配合；所述气缸端盖(5)与所述缸体(3)间隙配合；所述缸体(3)与所述活塞(4)间隙配合；所述活塞(4)与所述活塞杆(12)间隙配合，二者之间轴肩定位；所述活塞杆(12)与所述缸体(3)间隙配合；所述活塞杆(12)与所述气缸端盖(5)间隙配合；所述活塞杆(12)与所述法兰连接件(9)间隙配合；所述活塞杆(12)与所述活塞杆(12)间隙配合。6.如权利要求5所述的一种一体化直驱式动态负压发生装置，其特征在于，所述缸体(3)和所述活塞杆(12)均采用不锈钢材料制成，所述气缸活塞(4)和所述法兰连接件(9)均采用铝合金材料制成，所述传感器固定座(2)采用尼龙材料制成。7.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨钢，杜经民，储景瑞，李乐环，李宝仁，傅晓云，高隆隆，徐越，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
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