阅读说明：本技术 一种电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置 (Motor-driven gas rudder servo control mechanism testing device ) 是由 杨国策 陈雄 刘静怡 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电机驱动的伺服控制机构试验装置,包括电动舵机固定架、角度传感器、传感器支架、外壳套筒、舵轴安装架和传动组件,本发明具有如下优点：对舵机结构布局进行了优化,实现了电机轴与弹体轴的平行,有效节省了弹体横截面积。实现了角度传感器与舵片轴直连,更精确的采集舵片偏转角度并进行反馈控制。传感器支架与锥齿轮板之间引入了限位关系,使得舵片只能在预设角度内活动。传感器支架与舵轴安放台分体设计,便于角度传感器和锥齿轮板的安装。整个试验装置结构简单,安全可靠,便于日常操作和维护。(The invention provides a motor-driven servo control mechanism test device, which comprises an electric steering engine fixing frame, an angle sensor, a sensor support, a shell sleeve, a rudder shaft mounting frame and a transmission assembly, and has the following advantages: the layout of the steering engine structure is optimized, the motor shaft and the missile shaft are parallel, and the cross section area of the missile body is effectively saved. The angle sensor is directly connected with the rudder blade shaft, so that the deflection angle of the rudder blade can be more accurately acquired and feedback control can be performed. A limit relation is introduced between the sensor bracket and the bevel gear plate, so that the rudder piece can only move within a preset angle. The sensor support and the rudder shaft placing table are designed in a split mode, and installation of the angle sensor and the bevel gear plate is facilitated. The whole testing device is simple in structure, safe, reliable and convenient to operate and maintain daily.)

一种电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置

技术领域

本发明属于航天器控制技术，具体涉及一种电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置。

背景技术

燃气舵因其可以在弹体初始段快速调节弹体姿态转动，被广泛运用在各类舰防导弹和空空导弹等制导火箭武器中。燃气舵通过舵偏伺服系统实现弹体固体火箭发动机的推力矢量控制。舵偏伺服系统由舵机、传动装置、燃气舵舵片、反馈装置和弹上固体火箭发动机组成。其中舵机作为燃气舵伺服控制系统的核心机构，按照使用能源分类可以分为：气动舵机、液压舵机和电动舵机，由于气动舵机和液压舵机存在结构复杂、技术难度大等劣势，因此在航空航天领域采用电动舵机作为其控制机构成为了一种趋势。

现有电动舵机大多采用了电动舵机轴与弹体垂直的配合方式，受限于弹体尺寸的要求，舵机的体积需要被控制，对应的扭矩和变速器齿轮箱的体积也会受到压缩，导致角度控制精度受到一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置，优化了电动舵机的结构布局，并通过舵片轴尾端的角度传感器实现舵片偏转角的闭环反馈控制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置，包括电动舵机固定架、角度传感器、传感器支架、外壳套筒、舵轴安装架和传动组件，电动舵机固定架固定在外壳套筒的外侧壁上，电机固定在电动舵机固定架上，喷管固定在外壳套筒中，喷管的中心轴与电机的旋转轴平行，且处于水平状态，舵轴安装架与外壳套筒的尾端固连，舵片轴后端依次穿过传动组件、舵轴安装架后连接舵片，同时舵片轴与舵轴安装架转动连接，舵片固定在舵片轴的后端；传感器支架为L形，一端固定在舵轴安装架的尾端，传感器支架的另一端固连有角度传感器，角度传感器的旋转轴与舵片轴的前端固连；电机通过传动组件带动舵片轴旋转。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）对舵机结构布局进行了优化，实现了电动舵机轴与喷管轴的平行，有效节省了弹体横截面积。

（2）实现了角度传感器与舵片轴直连，更精确的采集舵片偏转角度精度并进行反馈控制。

（3）喷管内衬采用了可替换结构，方便后续替换。

（4）传感器支架与锥齿轮板之间引入了限位关系，使得舵片只能在预设角度内活动。

（5）传感器支架与舵轴安放台分体设计，便于角度传感器和锥齿轮的安装。

（6）整个试验装置结构简单，安全可靠，便于日常操作和维护。

附图说明

图1为本发明的电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置结构示意图。

图2为喷管装配图。

图3为传感器支架与锥齿轮板之间限位关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明所述一种电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置，优化了弹体中电动舵机的结构布局，并通过舵片轴尾端的角度传感器实现舵片偏转角的闭环反馈控制；同时能够配合六分力试验台对弹体的力矩进行测量估算。

所述电机驱动的燃气舵伺服控制机构试验装置包括电动舵机固定架1、角度传感器2、传感器支架3、外壳套筒4、舵轴安装架6和传动组件，电动舵机固定架1固定在外壳套筒4的外侧壁上，电机10固定在电动舵机固定架1上，喷管固定在外壳套筒4中，喷管的中心轴与电机10的旋转轴平行，且处于水平状态，优化了弹体中电动舵机的结构布局，有效节省了弹体横截面积。舵轴安装架6与外壳套筒4的尾端固连，舵片轴5后端穿过舵轴安装架6后连接舵片9，同时舵片轴5通过轴承与舵轴安装架6转动连接，舵片轴5与电机10的旋转轴垂直，舵片9固定在舵片轴5的后端。传感器支架3为L形，一端固定在舵轴安装架6的尾端，便于角度传感器2和锥齿轮的安装，传感器支架3的另一端固连有角度传感器2，角度传感器2的旋转轴与舵片轴5的前端固连，通过角度传感器2与舵片轴5直连，能够更精确的采集舵片9的偏转角度并进行反馈控制。传动组件包括锥齿轮7和锥齿轮件8，锥齿轮件8包括锥齿轮板和安装圆筒，所述锥齿轮板的一条侧边为圆弧状且带有锥齿，安装圆筒设置在锥齿轮板的底面，锥齿轮件8位于舵轴安装架6的顶面，且位于电动舵机固定架1和传感器支架3之间，锥齿轮7固定在电机10的输出轴上，锥齿轮7与锥齿轮板的锥齿啮合，舵片轴5的后端穿过锥齿轮件8后伸出舵轴安装架6，舵片轴5通过销钉与安装圆筒固连。

进一步地，外壳套筒4的外侧壁上车有一个平面，用于安装电动舵机固定架1。

进一步地，喷管包括喷管前段11、喷管后段12和喷管内衬13，喷管前段11和喷管后段12内分别设有限位凸台，喷管前段11通过螺纹固连喷管后段12形成壳体，喷管内衬13设置在壳体内，且位于两个限位凸台之间。喷管前段11通过螺纹连接六分力试验台，六分力试验台用于测量舵片9偏转后产生的扭转力矩。

进一步地，六分力试验台上接有氮气管，氮气经喷管前段11流过喷管内衬13，喷管内衬13结构如图2所示，在其喉面受损时便于替换。

进一步地，电动舵机固定架1、传感器支架3、外壳套筒4、舵轴安装架6、传动组件、喷管和舵片9的材料均选用45#钢。

进一步地，传感器支架3与锥齿轮板之间存在限位关系，如图3所示，锥齿轮板的宽度大于传感器支架3的宽度，传感器支架3宽为a，圆心距齿轮板顶端距离为b，圆心距离舵轴安放台顶端距离为c，三者之间存在如下数学关系：其中β为舵片最大偏转角（β一般为20°）：

在此关系约束下舵片偏转角只能在限定的度数内活动。

电机10接到指令开始作动，角度传感器2采集舵片9的角度，对角度进行解算，得到角度误差，根据角度误差控制电机10的输出转角，实现闭环反馈控制。

当角度传感器2采集得到的角度值与预设偏转角度一致时，不再对电机10进行调节；当角度传感器2采集得到的角度值与预设偏转角度不一致时，通过计算采集角度值与预设角度值的偏差，根据偏差对电机10进行调节，使舵片9实际偏转角度与预设值相符。