基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置及方法，采用汽蚀文氏管与电磁阀结合的方法，汽蚀文氏管可以在入口压力一定，背压在一定范围内变化时，保证流量稳定且不随背压发生变化，电磁阀可以通过不同频次的开闭实现不同的占空比，进而控制液体推进剂流通量

【技术实现步骤摘要】
基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置及方法


[0001]本专利技术涉及飞行器控制系统
，具体涉及推进剂流量控制

。

技术介绍

[0002]姿
/
轨控动力系统是空天飞行器的重要组成部分之一，其直接决定飞行器轨道修正和姿态稳定的精确性
。
姿轨控系统一般由姿控系统和轨控系统组成，其中姿控发动机安装在动能武器的尾部以进行姿态控制，即俯仰
、
偏航和滚转通道的控制，使动能武器的探测器能够快速稳定的瞄准目标；轨控发动机安装在动力拦截器的质心平面，为动能武器提供较高的横向加速度，使其具有横向快速机动飞行能力
。
姿
/
轨控动力系统主要分为液体姿
/
轨控动力系统和固体姿
/
轨控动力系统，因液体姿
/
轨控动力系统搭载的液体火箭发动机具有推力大
、
比冲高
、
响应快等优点，现已广泛应用于航天飞机
、
卫星
、
飞船等，其搭载的主要为航天器提供轨道机动的动力，同时为其姿态稳定提供俯仰
、
偏航和滚转控制力
。
[0003]汽蚀文氏管常用于精确控制液体火箭发动机的推进剂流量，精确且稳定的推进剂流量有利于液体火箭发动机快速实现平稳的推力和比冲
。
液体火箭发动机大量经验表明，在介质供应管路上安装汽蚀文氏管是性能较好的流量控制方式，控制偏差可以控制在设计值的
±
（2～3）
%
范围内
。
[0004]随着航天技术的飞速发展，出现了推进剂秒流量大范围变化的变推力液体火箭发动机，应用在飞行器姿态控制
、
交会对接
、
轨道机动飞行等，单一的汽蚀文氏管只能实现对某一固定流量的控制，无法实现对大范围变化流量的精准控制，目前在变推力液体火箭发动机领域，多采用可调汽蚀文氏管实现推进剂流量控制，利用汽蚀文氏管和可调节针锥结构调整流量
。
例如在专利申请
《
一种可调整流通面积的汽蚀管及其流通面积调整方法
》2022111873580
中所记载的，基本结构都是一个普通文氏管及在文氏管喉部中心安装一个锥面或特定型面的可调节的针锥
。
对于一定喉部面积的文氏管，在其工作范围内，能够保证固定的流量并隔绝下游压力波动的影响
。
在可调汽蚀文氏管中，上述喉部则是由文氏管与变截面中心针锥共同形成的，如图2所示，通过调节中心针锥的位置改变实际喉部流通截面，就可以达到改变流量的目的
。
针锥位置由步进电机和滚珠丝杠控制，其中步进电机通过滚珠丝杠与可调汽蚀文氏管的调节针锥相连，工作时，计算机发送指令给可编程控制系统来控制步进电机的驱动器，滚珠丝杠将电机的转动运动变换成直线运动，推动针锥前后移动，从而达到流量调节的目的，但是只能保证在一定范围内流量的精准控制；这种结构组成零部件较多，需搭配电机和丝杠使用，使得总体积较大；对可调汽蚀文氏管加工精度和零件之间的公差配合要求极高，加工难度大，加工成本高；使用过程中，由于针锥和可调文氏管之间是用胶圈动密封，同轴度稍有偏差，针锥移动起来会很吃力，摩擦很大，有可能移动不到正确的位置，或者加剧零部件的磨损，影响使用寿命
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所解决的技术问题是在液体姿
/
轨控动力系统中，变推力液体火箭发动机
需要液体推进剂大范围变化时，依然能够保持稳定可靠且高精度的流量控制状态
。
[0006]本专利技术采用的技术方案是一种基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置，包括汽蚀文氏管，汽蚀文氏管上游安装电磁阀，电磁阀连接有控制器，控制器用于控制电磁阀的开闭，电磁阀上游连接于推进剂贮箱，推进剂贮箱上游连通有高压气源
。
[0007]电磁阀和推进剂贮箱之间设有流量计
。
[0008]在高压气源和推进剂贮箱之间设有稳压装置
。
[0009]稳压装置
、
推进剂贮箱
、
流量计
、
电磁阀
、
控制器和汽蚀文氏管，安装在一个控制盒内
。
[0010]利用上述流量控制装置的流量控制方法，流量控制装置包括汽蚀文氏管，汽蚀文氏管上游安装电磁阀，电磁阀连接有控制器，控制器用于控制电磁阀的开闭，电磁阀上游连接于推进剂贮箱，推进剂贮箱上游连通有高压气源，高压气源给推进剂贮箱提供稳定的压力；开启高压气源，并通过稳压装置给推进剂贮箱提供稳定的压力
P
，电磁阀常开状态下推进剂的流量记为
Q
，当需要流量为
Q1时， Q1小于
Q
，通过控制器调整电磁阀的开闭，使电磁阀的占空比等于
Q1/Q。
[0011]本专利技术的有益效果是，采用汽蚀文氏管与电磁阀结合的方法，汽蚀文氏管可以在入口压力一定，背压在一定范围内变化时，保证流量稳定且不随背压发生变化，电磁阀可以通过不同频次的开闭实现不同的占空比，进而控制液体推进剂流通量，二者搭配可以实现对不同流量的精准控制
。
附图说明
[0012]图1为本专利技术结构示意图
。
[0013]图2为可调汽蚀文氏管结构示意图
。
[0014]图3为汽蚀文氏管结构剖视图
。
[0015]图
4 为汽蚀文氏管结构示意图
。
[0016]图中标记为：1‑
收缩段，2‑
喉部，3‑
扩张段
。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步说明
。
[0018]本专利技术装置的结构如图1所示，包括减压器
、
加排阀
、
推进剂贮箱
、
流量计
、
控制器
、
电磁阀和汽蚀文氏管，为了便于试验和携带并减少试验之前的整备时间，将以上装置集成在一个控制盒中
。
控制盒上游入口与高压气瓶相连，为整个下游提供压力，下游出口流出的便为额定流量的推进剂
。
[0019]文氏管在出现汽蚀现象时，可以使得液体推进剂的流量不受背压影响，进而保证流量值的稳定与精确，图3所示即为文氏管剖视图
。
本申请中文氏管，也即是文丘里管，由于文氏管中出现汽蚀现象才能发挥精确稳定控制流量的作用，因此业内经常称为汽蚀文氏管
、
汽蚀文丘里管或者汽蚀管，“汽蚀”二字并不是对该设备结构上的限定或修饰，并不是指一种特殊结构的文氏管，主要是为了强调该状态的文氏管中会有汽蚀现象发生
。
汽蚀文氏管头部与电磁阀连接，电磁阀通过开闭来控制占空比进而控制流量变化，因此可以实现推
进剂秒流量大范围稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置，包括汽蚀文氏管，其特征在于：汽蚀文氏管上游安装电磁阀，电磁阀连接有控制器，控制器用于控制电磁阀的开闭，电磁阀上游连接于推进剂贮箱，推进剂贮箱上游连通有高压气源
。2.
如权利要求1所述的基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置，其特征在于：电磁阀和推进剂贮箱之间设有流量计
。3.
如权利要求2所述的基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置，其特征在于：在高压气源和推进剂贮箱之间设有稳压装置
。4.
如权利要求3所述的基于文氏管和电磁阀占空比调节的流量控制装置，其特征在于：所述稳压装置
、
推进剂贮箱
、
流量计
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑，唐旭东，徐微，孙维平，谌忠庭，李卓，陈祎航，高博，白龙，
申请(专利权)人：沈阳航天新光集团有限公司，
类型：发明
国别省市：