阅读说明：本技术 泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀 (Switch and flow regulating valve for liquid oxygen main circuit of pump pressure variable thrust liquid rocket engine ) 是由 付军锋 黄仕启 刘洋 马海宁 金富贵 季凤来 周伟 王爽 邢斌 卢明 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀,阀体包括连通的第一腔体和第二腔体,第一腔体和第二腔体的连通处连通第三腔体,阀座固定在第一腔体中,齿条套筒轴向移动的套设在阀座上,齿轮轴与齿条套筒啮合用于驱动齿条套筒轴向移动,电机与齿轮轴连接,齿条套筒上开设有与阀座上的第一通孔连通的第二通孔,导向套固定在第二腔体中,导向筒轴向移动的内置在导向套中,盖板密封住第二腔体,盖板与导向筒形成的封闭内腔为气控腔,盖板上开设有气控口,阀芯的一端与导向筒固定连接,其另一端与齿条套筒的端部对正且与第一通孔配合使用。能够实现泵压式变推力液体火箭发动机起动、主级、关机以及推力调节时液氧流量的控制。(The invention discloses a switch and a flow regulating valve for a liquid oxygen main circuit of a pump pressure variable thrust liquid rocket engine, a valve body comprises a first cavity and a second cavity which are communicated, the communicated part of the first cavity and the second cavity is communicated with a third cavity, a valve seat is fixed in the first cavity, the rack sleeve is sleeved on the valve seat in an axial moving way, the gear shaft is meshed with the rack sleeve and is used for driving the rack sleeve to move in the axial direction, the motor is connected with the gear shaft, the rack sleeve is provided with a second through hole communicated with the first through hole on the valve seat, the guide sleeve is fixed in the second cavity, the guide cylinder is axially moved and is internally arranged in the guide sleeve, the cover plate seals the second cavity, a closed inner cavity formed by the cover plate and the guide cylinder is a pneumatic control cavity, a pneumatic control port is formed in the cover plate, one end of the valve core is fixedly connected with the guide cylinder, and the other end of the valve core is aligned with the end part of the rack sleeve and is matched with the first through hole for use. The control of liquid oxygen flow during the starting, the main stage and the shutdown of the pump pressure type variable thrust liquid rocket engine and the thrust regulation can be realized.)

泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀

技术领域

本发明涉及泵压式变推力低温液体火箭发动机起动、主级、关机及混合比控制技术领域，尤其涉及一种泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀。

背景技术

随着人类探索太空活动的逐年增加，发展变推力推进技术的重要性愈发明显。泵压式变推力液体火箭发动机技术已成为当今液体火箭推进技术的重要发展方向。航天运输系统动力装置采用变推力发动机，可实现最佳推力控制，从而使运载能力达到最大。变推力技术在未来的军用和民用航天器中均具有广泛的应用前景，尤其是近年来各国追逐的热点可回收火箭，如Space-X的猎鹰火箭。Space-X猎鹰火箭在世界上首次成功进行了第一级动力系统垂直回收，验证了轨道运载火箭的回收技术，其中一项关键技术就是火箭发动机具备推力深度调节能力。

变推力火箭发动机是指推力在大范围内可调节的火箭发动机，变推比高达到5:1甚至更高。变推力技术的发展将大幅提升我国空间推进技术水平，突破推进技术的瓶颈，缩小同国外先进技术水平的差距。

变推力火箭发动机在不同推力下工作，发动机的混合比会发生变化，为了把发动机混合比控制在合理范围内，保证发动机可靠工作，需要对氧化剂路的流量进行调节。

目前国内现役的泵压式液体火箭发动机，均不具备深度变推能力，氧化剂路的主阀门，多采用气控开关阀门，尚不具备流量调节功能。

因此，如何提供一种泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，以实现泵压式变推力液体火箭发动机起动、主级、关机以及推力调节时液氧流量的控制，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，以实现泵压式变推力液体火箭发动机起动、主级、关机以及推力调节时液氧流量的控制。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，包括阀体、阀座、阀芯、齿条套筒、齿轮轴、电机、导向筒、导向套、盖板，其中，

所述阀体内设置有三通腔，包括连通的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体的连通处还连通有第三腔体，所述第一腔体的端口侧为入口，所述第三腔体的端口侧为出口，

所述阀座固定在所述第一腔体中，所述齿条套筒轴向移动的套设在所述阀座上，所述齿轮轴与所述齿条套筒啮合用于驱动所述齿条套筒轴向移动，所述电机与所述齿轮轴连接，

所述齿条套筒上开设有与所述阀座上的第一通孔连通的第二通孔，

所述导向套固定在所述第二腔体中，所述导向筒轴向移动的内置在所述导向套中，所述盖板密封住所述第二腔体的端口，所述盖板与所述导向筒形成的封闭内腔为气控腔，所述盖板上开设有气控口，

所述阀芯的一端与所述导向筒固定连接，其另一端与所述齿条套筒的端部对正且与所述第一通孔配合使用；

当泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀呈闭合状态时，所述阀芯密封贴合住所述第一通孔，所述第一通孔中的介质无法从所述第一腔体进入所述第三腔体中；

所述气控口撤气，所述阀芯在所述第一通孔中介质的压力下朝向所述导向套移动，使得所述泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀呈打开状态，

所述电机通过所述齿轮轴驱动所述齿条套筒轴向移动，通过所述齿条套筒的伸出长度调节流量。

优选的，上述第二通孔设置在所述齿条套筒的端部，通过所述第二通孔与所述阀芯之间的距离调节流量，

所述第二通孔距离所述阀芯最近时，所述泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀处于最小流通面积状态，

所述第二通孔距离所述阀芯最远时，所述泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀处于最大流通面积状态。

优选的，上述第二通孔设置在所述齿条套筒筒壁上。

优选的，上述第二通孔包括设置在所述齿条套筒的端部通孔和设置在所述齿条套筒的筒壁上的筒壁通孔。

优选的，上述阀芯的两端的密封面上均镶嵌有非金属密封材料块。

优选的，上述导向套的内孔壁上开设有环形密封槽，所述环形密封中内置有第一泛塞密封圈。

优选的，上述气控腔内设置有弹性装置，所述弹性装置的一端抵住所述导向筒的内壁，其另一端固定在所述盖板上。

优选的，上述阀座的圆周外壁上设置有多个滑行凸台。

优选的，上述齿条套筒的圆周外壁上设置有多个凸台，

其中一个凸台上开设有齿面用于与所述齿轮轴啮合，

其中两个轴线对称的凸台内置在所述阀体的内壁面上的凹槽中限制所述齿条套筒轴向转动，

其中一个凸台与所述阀体的内壁面上的卡台配合使用限制所述齿条套筒的轴向移动距离。

优选的，上述齿轮轴上齿面部的靠近所述电机一侧通过第一轴承设置在所述阀体上，所述齿轮轴上齿面部的远离所述电机一侧通过第二轴承设置在所述阀体上，

所述第一轴承远离所述齿轮轴上齿面部的一侧设置有第二泛塞密封圈，所述第二轴承远离所述齿轮轴上齿面部的一侧设置有第三泛塞密封圈，

所述第二泛塞密封圈远离所述齿轮轴上齿面部的一侧依次设置有第一限位环、第一螺帽和锁紧螺帽，所述第三泛塞密封圈远离所述齿轮轴上齿面部的一侧依次设置有第二限位环、第二螺帽和锁紧螺母。

本发明提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，包括阀体、阀座、阀芯、齿条套筒、齿轮轴、电机、导向筒、导向套、盖板，其中，

所述阀体内设置有三通腔，包括连通的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体的连通处还连通有第三腔体，所述第一腔体的端口侧为入口，所述第三腔体的端口侧为出口，

所述阀座固定在所述第一腔体中，所述齿条套筒轴向移动的套设在所述阀座上，所述齿轮轴与所述齿条套筒啮合用于驱动所述齿条套筒轴向移动，所述电机与所述齿轮轴连接，

所述齿条套筒上开设有与所述阀座上的第一通孔连通的第二通孔，

所述导向套固定在所述第二腔体中，所述导向筒轴向移动的内置在所述导向套中，所述盖板密封住所述第二腔体的端口，所述盖板与所述导向筒形成的封闭内腔为气控腔，所述盖板上开设有气控口，

所述阀芯的一端与所述导向筒固定连接，其另一端与所述齿条套筒的端部对正且与所述第一通孔配合使用；

当泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀呈闭合状态时，所述阀芯密封贴合住所述第一通孔，所述第一通孔中的介质无法从所述第一腔体进入所述第三腔体中；

所述气控口撤气，所述阀芯在所述第一通孔中介质的压力下朝向所述导向套移动，使得所述泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀呈打开状态，

所述电机通过所述齿轮轴驱动所述齿条套筒轴向移动，通过所述齿条套筒的伸出长度调节流量。

使用时，如图1所示，阀芯压紧在阀座上，保持密封。齿条套筒位于最左端。发动机起动前，气控口通控制气，控制气压力使阀芯更紧的压在阀座上，保证密封可靠。

发动机准备起动时，首先由电机带动齿轮轴旋转，通过齿轮轴与齿条套筒上齿条的啮合带动齿条套筒向右运动到最大位置，然后气控口撤气，随后阀芯在入口介质压力作用下迅速打开，从第一通孔的入口进入的介质通过第二通孔由第三腔体的出口流出向下游燃烧室充填介质，此时阀门的状态如图7所示，阀门处于最小流通面积状态，阀芯的右端面压紧在导向套上，保持密封，介质压力越高，密封力越大。

发动机点火起动后，由电机通过齿轮轴带动齿条套筒向左运动到最左端，使阀门的开度由最小逐渐增大到最大，如图8所示的阀门全开状态，发动机主级额定工况工作段阀门维持在全开状态。发动机起动过程阀门的开度由最小逐渐增大，更利于起动的稳定性，并保护下游燃烧室。

发动机变推力过程中，随着推力的下降，发动机的混合比发生变化，此时通过预先设定好的程序，给电机发指令由电机过齿轮轴带动齿条套筒轴向运动，调节阀门的开度，调节流量，把发动机的混合比控制在合理范围内，此时阀门处在最小开度与最大开度之间的中间状态，如图9所示。

发动机关机时，随着入口介质压力降低，需要该阀门关闭时，给气控口通控制气，在气控力的作用下导向筒与阀芯一起向左运动，最终使阀芯重新压在阀座上并保持密封，然后电机带动齿条套筒运动到最左端，阀门恢复至图1所示的状态。

本发明提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，能够实现泵压式变推力液体火箭发动机起动、主级、关机以及推力调节时液氧流量的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的阀体的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的齿条套筒的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的齿轮轴的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的阀座的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀开度最小状态的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀开度最大状态的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀开度调节状态的结构示意图。

上图1-9中：

阀体1、阀座2、阀芯3、入口法兰4、销钉5、导向筒6、导向套7、第一泛塞密封圈8、弹簧9、盖板10、齿条套筒11、齿轮轴12、第一石墨密封垫13、第二石墨密封垫14、第一轴承15、第二轴承16、第二泛塞密封圈17、第三泛塞密封圈18、第一限位环19、第一螺帽20、锁紧螺帽21、第二限位环22、第二螺帽23、锁紧螺母24、动密封套25、电机连接轴26、电机对接法兰27、密封垫片28、容纳腔29、齿条槽30、凹槽31、卡台32、齿面33、轴线对称的凸台34、凸台35、齿面部36、滑行凸台37、第一通孔38、第二通孔39。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图9，图1为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀的结构示意图；图2为图1的A-A剖视结构示意图；图3为本发明实施例提供的阀体的结构示意图；图4为本发明实施例提供的齿条套筒的结构示意图；图5为本发明实施例提供的齿轮轴的结构示意图；图6为本发明实施例提供的阀座的结构示意图；图7为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀开度最小状态的结构示意图；图8为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀开度最大状态的结构示意图；图9为本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀开度调节状态的结构示意图。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，包括阀体1、阀座2、阀芯3、齿条套筒11、齿轮轴12、电机、导向筒6、导向套7、盖板10，其中，

阀体1内设置有三通腔，包括连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体的连通处还连通有第三腔体，第一腔体的端口侧为入口，第三腔体的端口侧为出口，

阀座2固定在第一腔体中，齿条套筒11轴向移动的套设在阀座2上，齿轮轴12与齿条套筒11啮合用于驱动齿条套筒11轴向移动，电机与齿轮轴12连接，具体的，齿轮轴12的一端设置有电机连接轴26，

齿条套筒11上开设有与阀座2上的第一通孔38连通的第二通孔39，

导向套7固定在第二腔体中，导向筒6轴向移动的内置在导向套7中，盖板10密封住第二腔体的端口，盖板10与导向筒6形成的封闭内腔为气控腔，盖板10上开设有气控口，

阀芯3的一端与导向筒6固定连接，其另一端与齿条套筒11的端部对正且与第一通孔38配合使用；

当泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀呈闭合状态时，如图1所示，阀芯3密封贴合住第一通孔38，第一通孔38中的介质无法从第一腔体进入第三腔体中；

气控口撤气，阀芯3在第一通孔中介质的压力下朝向导向套7移动，使得泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀呈打开状态，

电机通过齿轮轴12驱动齿条套筒11轴向移动，通过齿条套筒11的伸出长度调节流量。

使用时，如图1所示，阀芯3压紧在阀座2上，保持密封。齿条套筒11位于最左端。发动机起动前，气控口通控制气，控制气压力使阀芯3更紧的压在阀座2上，保证密封可靠。

发动机准备起动时，首先由电机带动齿轮轴12旋转，通过齿轮轴12与齿条套筒11上齿条的啮合带动齿条套筒11向右运动到最大位置，然后气控口撤气，随后阀芯3在入口介质压力作用下迅速打开，从第一通孔38的入口进入的介质通过第二通孔39由第三腔体的出口流出向下游燃烧室充填介质，此时阀门的状态如图7所示，阀门处于最小流通面积状态，阀芯3的右端面压紧在导向套7上，保持密封，介质压力越高，密封力越大。

发动机点火起动后，由电机通过齿轮轴12带动齿条套筒11向左运动到最左端，使阀门的开度由最小逐渐增大到最大，如图8所示的阀门全开状态，发动机主级额定工况工作段阀门维持在全开状态。发动机起动过程阀门的开度由最小逐渐增大，更利于起动的稳定性，并保护下游燃烧室。

发动机变推力过程中，随着推力的下降，发动机的混合比发生变化，此时通过预先设定好的程序，给电机发指令由电机过齿轮轴12带动齿条套筒11轴向运动，调节阀门的开度，调节流量，把发动机的混合比控制在合理范围内，此时阀门处在最小开度与最大开度之间的中间状态，如图9所示。

发动机关机时，随着入口介质压力降低，需要该阀门关闭时，给气控口通控制气，在气控力的作用下导向筒6与阀芯3一起向左运动，最终使阀芯3重新压在阀座2上并保持密封，然后电机带动齿条套筒11运动到最左端，阀门恢复至图1所示的状态。

本发明提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，能够实现泵压式变推力液体火箭发动机起动、主级、关机以及推力调节时液氧流量的控制。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，是一种集气动控制、电动调节于一体的可调节阀门，具有调节简单、工作可靠的优点，用于变推力液体火箭发动机推力调节时氧化剂流量的控制，从而控制发动机的混合比。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀为组合式阀门，包括气控主阀部分以及电动调节机构部分，即继承了气动控制阀门密封和工作可靠的优点又实现了电动连续调节。应用于变推力液体火箭发动机起动、主级、关机及混合比控制各个阶段。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，首次将电动调节技术应用于国内低温液体火箭发动机的阀门中，填补了国内液体火箭发动机低温电动调节阀的空白。通过隔热措施，使电机的温度基本不受低温介质影响。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，该阀门的集成式结构，利于火箭发动机总体布局，使整机管路布局及结构更为简单。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，涉及泵压式变推力低温液体火箭发动机起动、主级、关机及混合比控制技术。具体地说，涉及一种用于泵压式变推力低温液体火箭发动机液氧主路的开关及流量调节阀门，该阀门集气动控制、电动调节于一体。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，应用在航天领域的液氧甲烷发动机上，目前已完成多次整机深度变推力热试车，变推比高达5:1，其氧化剂主阀门采用了本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，这种集气动控制、电动调节于一体的可调节阀门，控制发动机变推力时液氧流量。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，是一种国内变推力液体火箭发动机推力调节时混合比的控制技术，提出了一种集气动控制、电动调节于一体的可调节阀门，具有调节简单、工作可靠的优点，用于变推力液体火箭发动机推力变化时氧化剂流量的控制，从而控制发动机混合比。

在具体实施时，第二通孔有多种具体实施方式，在第一种具体实施方式中，第二通孔39设置在齿条套筒11的端部，如图7所示，通过第二通孔39与阀芯3之间的距离调节流量，第二通孔39距离阀芯3最近时，泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀处于最小流通面积状态，第二通孔39距离阀芯3最远时，泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀处于最大流通面积状态。齿条套筒11的伸出长度的变化即为第二通孔39与阀芯3的距离变化。

在第二种具体实施方式中，第二通孔39设置在齿条套筒11的筒壁上。也就是在齿条套筒11的筒壁上开设多个数量的第二通孔39或者开设一个大面积的第二通孔39，齿条套筒11的伸出长度的变化即为筒壁上的第二通孔39的露出面积或者露出数量多少与第三腔体连通的变化，从而调节流量。

在第三种具体实施方式中，第二通孔39包括设置在齿条套筒11的端部通孔和设置在齿条套筒11的筒壁上的筒壁通孔，即综合第一种具体实施方式和第二种具体实施方式的一个合体方案。

为了进一步优化上述方案，阀芯3的两端的密封面上均镶嵌有非金属密封材料块。以提高密封效果。具体的，可以为阀芯3与阀座2的接触部位以及与导向套7的接触部位设置非金属密封材料块。

为了进一步优化上述方案，导向套7的内孔壁上开设有环形密封槽，环形密封中内置有第一泛塞密封圈8。以提高密封效果。利用泛塞密封圈代替传统的波纹管作为超低温高压介质的动密封，解决了高压大口径阀门中动密封受波纹管研制难度的限制，试验证明泛塞密封圈密封效果良好。

为了进一步优化上述方案，气控腔内设置有弹性装置，弹性装置的一端抵住导向筒6的内壁，其另一端固定在盖板10上。弹性装置可以为弹簧9，弹簧力压紧导向筒6，从而使阀芯3压在阀座2上，弹簧力提供一定的密封力，还起到阀门打开时缓冲减振作用。

为了进一步优化上述方案，阀座2的圆周外壁上设置有多个滑行凸台37。齿条套筒11滑动的设置在滑行凸台37上，减小运动件的接触面积。

为了进一步优化上述方案，齿条套筒11的圆周外壁上设置有多个凸台，其中一个凸台上开设有齿面33用于与齿轮轴12啮合，其中两个轴线对称的凸台34内置在阀体1的内壁面上的凹槽31中限制齿条套筒11轴向转动且保证齿条套筒11沿轴向移动，其中一个凸台35与阀体的内壁面上的卡台32配合使用限制齿条套筒11的轴向移动距离。阀体4的内壁面上，即第一腔体的内壁面上开设有供齿条套筒11的齿条移动的齿条槽30。

为了进一步优化上述方案，如图2所示，齿轮轴12上齿面部36的靠近电机一侧通过第一轴承15设置在阀体1上，齿轮轴12上齿面部36的远离电机一侧通过第二轴承16设置在阀体1上，第一轴承15远离齿轮轴12上齿面部36的一侧设置有第二泛塞密封圈17，第二轴承16远离齿轮轴12上齿面部36的一侧设置有第三泛塞密封圈18，第二泛塞密封圈17远离齿轮轴12上齿面部36的一侧依次设置有第一限位环19、第一螺帽20和锁紧螺帽21，第三泛塞密封圈18远离齿轮轴12上齿面部的一侧依次设置有第二限位环22、第二螺帽23和锁紧螺母24。支撑效果和密封效果以及固定效果更好。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，其中：

阀门整体为泛塞密封圈做动密封的气控菌状阀门结构，通过齿条套筒11的运动调节阀门的开度。阀门主体可分为两大部分，气控主阀部分以及电动调节机构部分。气控主阀部分采用单路控制气控制，控制气使阀门关闭并保持密封，撤掉控制气后，靠阀门入口的介质力打开阀门。电动调节部分依靠安装在阀门入口处齿条套筒11的运动改变阀门开度实现流量调节，由电机带动齿轮轴12旋转，通过齿轮轴12与齿条套筒11的齿条啮合传动实现齿条套筒11沿阀芯3开度方向的直线运动。阀体1上设置一个容纳腔29用来放置齿轮轴12。

阀芯3采用非金属密封材料热压镶嵌在金属基体中，形成一体的结构，然后加工成型，利用非金属材料做内密封。阀芯3两侧平面均镶嵌非金属材料，在关闭状态及打开状态分别与阀座2和导向套7形成密封，关闭状态的密封阻断入口介质流向出口的通道，打开状态的密封阻断高压介质进入大泛塞密封圈处，起到辅助动密封的作用。阀芯3上开有连接孔与导向筒6上的连接孔对中装配，通过销钉5将阀芯3与导向筒6连接为一体。阀芯3与导向筒6间隙配合，使阀芯3有一定的活动量，利于密封。

导向筒6与导向套7均为圆筒形结构，阀芯3与导向筒6连为一体安装在导向套7内，导向套7安装在阀体1内，利用阀体1与法兰盖，即盖板10压紧固定。

导向套7靠近阀芯3的一端精加工阀座型面，阀芯3打开后非金属端面压在导向套7阀座型面上形成密封。为了减小导向筒6与导向套7的运动接触面积，在导向套7中间段加工环形槽。大泛塞密封圈，即第一泛塞密封圈8作为低温动密封件安装在导向筒6与导向套7形成的环形槽中，并利用法兰盖，即盖板10遮挡环形槽，以防导向筒6运动时挤出大泛塞密封圈。法兰盖与导向筒6形成的封闭内腔为阀门的气控腔，法兰盖上有通气孔，即气控口，通气后气体进入气控腔，气压力使阀门关闭，并提供密封力。

弹簧9安装在导向筒6与法兰盖之间，弹簧力压紧导向筒6，从而使阀芯3压在阀座2上，弹簧力提供一定的密封力，还起到阀门打开时缓冲减振作用。阀座2安装在阀体1内，利用阀体1与入口法兰4压紧固定，阀座2的外圆面与齿条套筒11配合，阀座2外圆面有四个凸台，是为了减小运动件的接触面积。

齿条套筒11为调节阀门开度的关键零件，整体为圆筒形结构，外圆面有四个凸台，其中一个凸台加工为齿条，与齿轮轴12啮合传动，对称布置的两个凸台，即两个轴线对称的凸台34安装在阀体1相对应的凹槽31内起到限制转动的作用，另外一个凸台为轴向位移限位台，与阀体1配合起到限制轴向位移的作用。齿条套筒11的一端整周环形均布数个小孔，即筒壁通孔，作为介质的流通孔。齿条套筒11安装在阀座2上，其内圆面与阀座2外表面的四个滑行凸台37配合运动导向。

齿轮轴12为实现传动的关键零件，齿轮轴12为中间段带有齿轮的一体长杆轴，其上的齿轮与齿条套筒11的齿条啮合传动。齿轮轴12靠近齿轮的两端分别安装轴承定位，一侧轴承安装在阀体1与齿轮轴12之间，另一侧轴承安装在动密封套25与齿轮轴12之间，两端轴承的外侧均安装小泛塞密封圈，即第二泛塞密封圈17和第三泛塞密封圈18用作旋转动密封，防止介质外漏。第二泛塞密封圈17安装在阀体1与齿轮轴12之间，用第一限位环19限位，通过内螺帽，即第一螺帽20压紧并用内锁紧螺帽，即锁紧螺帽21锁紧；第三泛塞密封圈18安装在动密封套25与齿轮轴12之间，同样用第二限位环22限位，通过螺帽，即第二螺帽23压紧并用锁紧螺母24锁紧；齿轮轴12的一端加工成四方轴作为电机连接轴26，与电机轴相连，电机与阀体1通过电机对接法兰27连接，在电机与阀体的电机对接法兰27之间加塑料隔热垫，阻止过多的热传导。齿轮轴12上的轴向力平衡，电机的驱动力矩只需要克服泛塞密封圈的摩擦力矩即可。

阀体1、入口法兰4、法兰盖以及电机法兰两两之间采用螺柱、自锁螺母连接，阀体1的进出口法兰面以及入口法兰4上加工螺纹孔，双头螺柱预埋在阀体1的法兰面和入口法兰4上，实现阀门与发动机管路和燃烧室的对接。静密封采用石墨密封垫片及铝垫片，密封垫放在密封槽中靠法兰连接或螺纹连接压紧。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，是一种用于泵压式变推力液体火箭发动机氧化剂主路的开关及流量调节阀门。其中：

阀体1承载并作为内部零件的安装基体，结构见图3。阀体1入口处上端为齿条槽30，左右两侧对称布置两个旋转限位槽，即凹槽31，下端为轴向限位凸台，即卡台32。齿条槽30放置齿条套筒11的齿条，齿条槽30宽度大于齿条套筒11上齿条宽度，两者有较大的间隙；旋转限位槽与齿条套筒11的两个旋转限位台配合，此处为紧配合，防止齿条套筒11转动；轴向限位台约束齿条套筒11的轴向位移，传动组件安装壳与入口轴线垂直布置，用来安装传动组件。阀体1进口与出口法兰上均有螺纹孔，用来安装双头螺柱。

齿条套筒11为控制阀门流量的活动件，通过齿条套筒11的轴向运动改变阀门开度，从而调节阀门流量。齿条套筒11的结构见图4，为圆筒形结构，外圆面呈环形均布有四个凸台分别为齿条、对称布置的两个旋转限位台以及下端的轴向位移限位台。齿条套筒11安装在阀体1内，旋转限位台放置在阀体1的旋转限位槽中，防止齿条套筒11转动；齿条放置在阀体1的齿条槽30中，轴向位移限位台与轴向限位台，即卡台32配合使用，约束齿条套筒11的轴向位移，齿条套筒11运动到最大位移时，其上的轴向限位台与阀体1的轴向限位台接触。齿条套筒11的一侧端口处沿圆周方向均布数个小孔用于完全遮挡住阀芯开度时介质的流通。

齿轮轴12为重要的传动件，一体加工成型，结构见图5。齿轮轴12的中间段为齿轮，一侧端头为四方轴，齿轮与齿条套筒11的齿条啮合传动，四方轴用来连接电机的轴。如图2所示，齿轮轴12安装在阀体1中靠两个轴承定位，动密封套25与阀体1之间的静密封用密封垫片28密封。齿轮轴12与阀体1及动密封套25之间的两个环形腔安装两个小泛塞密封圈，用作旋转动密封，防止介质外漏。小泛塞密封圈用限位环遮挡，防止脱出，分别通过螺帽与锁紧螺母压紧两侧的限位环。两个小泛塞密封圈的尺寸完全相同，齿轮轴12上的高压介质力平衡。

阀座2的结构见图6，为圆筒形结构，外圆面上呈环形均布四条导向凸台，即滑行凸台37，导向凸台与齿条套筒11的内孔配合导向，用四条凸台导向的目的是为了减少运动件的接触面积，减小运动过程中两者之间的磨损。阀座2安装在阀体1的入口处，靠入口法兰4与阀体1压紧。入口法兰4与阀体1通过双头螺柱、螺母连接。

阀芯3两面均热压镶嵌非金属材料，在关闭状态及打开状态分别与阀座2及导向套7形成密封，关闭状态的密封阻断介质流向出口的通道，打开状态的密封阻断高压介质进入大泛塞密封圈，起到辅助动密封的作用。阀芯3上开有连接孔与导向筒6上的连接孔对中装配，通过销钉5将阀芯3与导向筒6连接为一体，冲击销钉5尾部扩口锁紧。阀芯3与导向筒6间隙配合，阀芯3有一定的活动量，利于密封。阀芯3与导向筒6连接为一体后装入导向套7内，导向筒6与导向套7配合运动导向，同样为了减小运动件的接触面积导向套7中间加工环形槽。导向筒6与导向套7之间的环形槽用于安装大泛塞密封圈，大泛塞密封圈用做导向筒6轴向运动时的动密封。

法兰盖与阀体1通过螺栓连接，与导向筒6形成封闭容腔，同时压紧导向套7及第二石墨密封垫片14，法兰盖上带有通气接嘴，通过该接嘴向法兰盖与导向筒6形成的容腔里通气、放气来实现阀门关闭与打开。法兰盖还起到限制大泛塞密封圈轴向运动的作用，防止导向筒6运动时挤出大泛塞密封圈。

弹簧9安装在导向筒6与法兰盖之间，弹簧力通过导向筒6传递到阀芯3，使阀芯3压紧在阀座2上，弹簧力提供一定的密封力。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，工作原理为：

图1为该阀门装配状态，阀芯3靠弹簧9的弹力压紧在阀座2上，保持密封。齿条套筒11位于最左端，左端面与阀座2接触。发动机起动前，气控口通控制气，控制气压力使阀芯3更紧的压在阀座2上，保证密封可靠。

发动机准备起动时，首先由电机带动齿轮轴12旋转，通过齿轮轴12与齿条的啮合带动齿条套筒11向右运动到最大位置，即齿条套筒11与阀体1的轴向限位台接触位置，然后气控口撤气，随后阀芯3在入口介质压力作用下克服弹簧力与大泛塞密封圈的摩擦力迅速打开，由出口向下游燃烧室充填介质，此时阀门的状态如图7所示，阀门处于最小流通面积状态，阀芯3右端面压紧在导向套7上，保持密封，阻止高压介质进入大泛塞动密封圈，保证动密封可靠，介质压力越高，密封力越大。入口介质通过齿条套筒11上的孔以及齿条套筒11与阀芯3的间隙流向下游燃烧室，充填燃烧室氧头腔。

发动机点火起动后，由电机通过齿轮轴12带动齿条套筒11向左运动到最左端，使阀门的开度由最小逐渐增大到最大，如图8所示的阀门全开状态，发动机主级额定工况工作段阀门维持在全开状态。发动机起动过程阀门的开度由最小逐渐增大，更利于起动的稳定性，并保护下游燃烧室。

发动机变推力过程中，随着推力的下降，发动机的混合比发生变化，此时通过预先设定好的程序，给电机发指令由电机过齿轮轴12带动齿条套筒11轴向运动，调节阀门的开度，把发动机的混合比控制在合理范围内，此时阀门处在最小开度与最大开度之间的中间状态，如图9所示。

发动机关机时，随着入口介质压力降低，需要该阀门关闭时，给气控口通控制气，在气控力与弹簧力作用下导向筒6与阀芯3一起向左运动，最终使阀芯3重新压在阀座2上并保持密封，然后电机带动齿条套筒11运动到最左端，阀门恢复至图1所示的状态。

本发明实施例提供的泵压变推力液体火箭发动机液氧主路用开关及流量调节阀，安装过程为：

装配前首先将阀芯3与导向筒6通过销钉5连接在一起，利用工装冲击销钉5尾部使销钉扩口锁紧。装配时先装阀门的调节部分，然后装气控部分。具体装配过程如下：

入口零组件的安装：参照图1所示，先将齿条套筒11套在阀座2上，两者一起从阀体1的入口端装入阀体1中，使齿条套筒11上的齿条、旋转限位台、轴向限位台与阀体1入口相应位置对正装入，然后装入口法兰4，装好入口法兰4后，对称拧紧该处的螺母，第一石墨密封垫13提前装入相应的密封槽中。

传动组件的安装：参照图2所示，先将第一轴承15、第二轴承16分别安装在阀体1和动密封套25内，从右端装入齿轮轴12，确保齿轮轴12与齿条套筒11上的齿条正确啮合，将密封垫片28与动密封套25安装在阀体1中，然后用工装将第三泛塞密封圈18压入齿轮轴12与动密封套25的环形槽中，再将右端的限位环，即第二限位环22装入，后拧紧第二螺帽23与锁紧螺母24。将第二泛塞密封圈17压入阀体1与齿轮轴12的环形槽中，再将左端的限位环，即第一限位环19装入，后拧紧第一螺帽20与锁紧螺帽21。传动组件安装完成后，利用工具旋转齿轮轴12，检查运动灵活性，检查完后旋转齿轮轴12使齿条套筒11左端面与阀座2接触。

气控部分的安装：将阀芯3与导向筒6的组合体套入导向套7内，三者一起从阀体1的右端装入到阀体1内，利用工装将第一泛塞密封圈8压入导向套7与导向筒6的环形槽中，弹簧9套在导向筒6内部，法兰盖套在弹簧9的另一端，对正阀体1与法兰盖，即盖板10的螺栓孔，利用压力机将法兰盖缓慢压入，然后对称拧紧该处的螺母，同样第二石墨密封垫14预先装入密封槽中，至此阀门装配完成。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。