液体火箭、液体火箭发动机推进剂混合比调节系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及航空航天技术领域，提供一种液体火箭、液体火箭发动机推进剂混合比调节系统及方法。液体火箭发动机推进剂混合比调节系统包括：传动机构、磁阻式步进电机和控制器；传动机构用于与推进剂阀的阀芯相连；磁阻式步进电机与传动机构相连，用于驱动传动机构调节阀芯的开度；控制器与磁阻式步进电机电连接，控制器被配置为以设定控制频率向磁阻式步进电机发送脉冲信号，并控制磁阻式步进电机的通电时序，驱动磁阻式步进电机正转或反转。本发明专利技术采用磁阻式步进电机以及开环控制的方式，能够保证电机输出力矩无衰减，提高系统的混合比调节精度、稳定性和可靠性。稳定性和可靠性。稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
液体火箭、液体火箭发动机推进剂混合比调节系统及方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，尤其涉及一种液体火箭、液体火箭发动机推进剂混合比调节系统及方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，对液体火箭发动机的运载能力的要求日益提高，对于双组元液体推进剂，为尽量保证两种推进剂同步消耗，火箭总体对液体火箭发动机提出了具备混合比调节功能的要求，即根据两种推进剂消耗情况，实时调节其中一种推进剂的流量，从而达到调节混合比的目的。
[0003]目前，大多数液体火箭发动机采用同步伺服电机对混合比进行调节，实现推进剂阀不同开度的变化，此种控制调节方式通常内部集成位移传感器，实时反馈推进剂阀的阀芯位置，再将位置信号反馈至控制器中，控制器根据实际位置与目标位置的偏差进行反复调节，实现闭环控制。此种调节方式存在以下问题：(1)只能采用闭环控制，导致同步伺服电机及推进剂阀的阀芯总在某一稳态位置附近小幅度抖动，从而导致输出力矩有所衰减，调节精度和稳定性低；(2)此种同步伺服电机为永磁式电机，当需改变阀芯开度时，电机需较大的电流克服内部磁场力，从而改变转子位置，功率消耗较大，同时电机内部为空气，导热率较差，线圈产生的热量无法及时散掉，导致电机温度较高，长时间运行容易烧坏。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种液体火箭、液体火箭发动机推进剂混合比调节系统及方法，采用磁阻式步进电机以及开环控制的方式，能够保证电机输出力矩无衰减，提高系统的混合比调节精度、稳定性和可靠性。
[0005]本专利技术提供一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，包括：
[0006]传动机构，用于与推进剂阀的阀芯相连；
[0007]磁阻式步进电机，与所述传动机构相连，用于驱动所述传动机构调节所述阀芯的开度；
[0008]控制器，与所述磁阻式步进电机电连接，所述控制器被配置为以设定控制频率向所述磁阻式步进电机发送脉冲信号，并控制所述磁阻式步进电机的通电时序，驱动所述磁阻式步进电机正转或反转。
[0009]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，所述传动机构包括：
[0010]第一齿轮，与所述磁阻式步进电机的输出轴刚性连接；
[0011]第二齿轮，与所述第一齿轮结构相同，所述第二齿轮搭设于所述磁阻式步进电机的输出轴上，且所述第二齿轮通过扭簧相对连接于所述第一齿轮的侧面，所述扭簧用于使所述第二齿轮的第二齿与所述第一齿轮的第一齿沿圆周方向错位设置；
[0012]齿条，分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合，且所述齿条的端部与所述阀芯
相连。
[0013]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，所述传动机构还包括：限位装置，所述限位装置设置于所述第二齿轮背向所述第一齿轮的一侧，用于对所述第二齿轮的轴向限位。
[0014]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，还包括：线位移传感器，所述线位移传感器与所述阀芯或者所述齿条相连，且与所述控制器电连接，用于检测所述阀芯的开度。
[0015]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，所述磁阻式步进电机的输出轴经减速齿轮副与所述第一齿轮相连，所述减速齿轮副内置于所述磁阻式步进电机，且所述减速齿轮副的减速比为20～40：1。
[0016]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，所述控制器的设定控制频率为500～800Hz，且所述磁阻式步进电机的通电时序为四相八拍。
[0017]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，所述磁阻式步进电机内存储有液体介质，用于导热。
[0018]本专利技术还提供一种上述的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统的调节方法，包括步骤：
[0019]发动机接收点火指令；
[0020]响应于所述点火指令，所述控制器以设定控制频率向所述磁阻式步进电机发送脉冲信号，并控制所述磁阻式步进电机的通电时序；
[0021]响应于所述脉冲信号和所述通电时序，所述磁阻式步进电机驱动所述传动机构调节所述推进剂阀的阀芯开度至目标开度，所述发动机在稳态工况下运行。
[0022]根据本专利技术提供的一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统的调节方法，还包括步骤：
[0023]在所述发动机运行期间，实时获取双组元推进剂的液位差；
[0024]当所述双组元推进剂的液位差超过规定值时，所述控制器控制所述磁阻式步进电机调节所述阀芯的开度，使所述双组元推进剂的液位差处于规定值的范围内。
[0025]本专利技术还提供一种液体火箭，包括：上述的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统。
[0026]本专利技术提供的液体火箭、液体火箭发动机推进剂混合比调节系统及方法，包括但不限于以下有益效果：
[0027](1)本专利技术调节系统可以为开环控制，采用开环控制时，磁阻式步进电机可稳定地保持在目标位置，无需在某一位置来回抖动，增加了推进剂阀控制的稳定性，从而使发动机工况比较稳定，同时优化了磁阻式步进电机的工作环境，可以保持较大的输出力矩。
[0028](2)本专利技术采用磁阻式步进电机，磁阻式步进电机的转子采用易磁化材料，但本身无磁性。因此可采用较小的电流产生较大的输出力矩，功率消耗较小，同时电机内部充满液体介质，导热率增加，散热效果更好，可靠性更高。
[0029](3)本专利技术传动机构采用具有扭簧的双齿轮齿条传动机构，两个齿轮之间设置一个扭簧，起到消除机械间隙的作用，从而保证磁阻式步进电机无论正行程还是反行程，在相同指令下，推进剂阀的阀芯可以保持在相同开度，增加了控制的一致性，有效降低系统控制
滞环，使得开环控制即可满足精度要求，系统简单可靠，成本低。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是本专利技术提供的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术提供的传动机构的齿轮连接示意图；
[0033]图3是本专利技术提供的齿轮与齿条的传动啮合示意图；
[0034]图4是本专利技术提供的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统的调节方法的流程示意图之一；
[0035]图5是本专利技术提供的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统的调节方法的流程示意图之二。
[0036]附图标记：
[0037]1：磁阻式步进电机；2：第一齿轮；201：第一齿；
[0038]202：第一齿面；3：第二齿轮；301：第二齿；302：第二齿面；4：扭簧；5：齿条；6：A电连接器；7：B电连接器。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，其特征在于，包括：传动机构，用于与推进剂阀的阀芯相连；磁阻式步进电机，与所述传动机构相连，用于驱动所述传动机构调节所述阀芯的开度；控制器，与所述磁阻式步进电机电连接，所述控制器被配置为以设定控制频率向所述磁阻式步进电机发送脉冲信号，并控制所述磁阻式步进电机的通电时序，驱动所述磁阻式步进电机正转或反转。2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，其特征在于，所述传动机构包括：第一齿轮，与所述磁阻式步进电机的输出轴刚性连接；第二齿轮，与所述第一齿轮结构相同，所述第二齿轮搭设于所述磁阻式步进电机的输出轴上，且所述第二齿轮通过扭簧相对连接于所述第一齿轮的侧面，所述扭簧用于使所述第二齿轮的第二齿与所述第一齿轮的第一齿沿圆周方向错位设置；齿条，分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合，且所述齿条的端部与所述阀芯相连。3.根据权利要求2所述的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，其特征在于，所述传动机构还包括：限位装置，所述限位装置设置于所述第二齿轮背向所述第一齿轮的一侧，用于对所述第二齿轮的轴向限位。4.根据权利要求2所述的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，其特征在于，还包括：线位移传感器，所述线位移传感器与所述阀芯或者所述齿条相连，且与所述控制器电连接，用于检测所述阀芯的开度。5.根据权利要求2所述的液体火箭发动机推进剂混合比调节系统，其特征在于，所述磁阻式步进电机的输出轴经减速齿轮副与所述第一齿轮相连，所述减速...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海洋，刘百奇，刘建设，姜映福，单维佶，
申请(专利权)人：星河动力北京空间科技有限公司安徽星河动力装备科技有限公司江苏星河航天科技有限公司星河动力山东航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：