一种运载火箭发动机摇摆管路系统及游机摇摆机构的制作方法

1.本实用新型涉及运载火箭的箭体结构领域，具体涉及一种运载火箭发动机摇摆管路系统及游机摇摆机构。


背景技术：

2.运载火箭发动机摇摆机构一般采用硬管将推进剂输送至常平座，在常平座与推力室摇摆轴接触的轴承附近，设计动密封结构，以实现推进剂向推力室的供应，防止推进剂泄漏。该方案由于存在动密封环节，密封难度较大，尤其对于使用低温推进剂(液氧、液甲烷、液氢等)的摇摆机构，动密封部位可能会出现泄漏，影响发动机性能及火箭飞行安全。
3.鉴于此，亟需设计一种密封性能高且适应低温推进剂的运载火箭发动机摇摆管路系统及游机摇摆机构。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种运载火箭发动机摇摆管路系统及游机摇摆机构。
5.本实用新型提供一种运载火箭发动机摇摆管路系统，包括：支撑装置，作为发动机摇摆时的承力支撑架设在发动机推力室圆柱段；上支架，安装在所述支撑装置的一侧；下支架，安装在推力室的扩张段上，所述上支架与所述下支架同侧设置；两根第一管路，安装在所述上支架和所述下支架之间且具有弯曲性能，所述第一管路的进出口的至少之一设有静密封结构；两根第二管路，从所述第一管路出口安装至推力室入口。
6.根据本实用新型的一个实施例，所述上支架具有第一固定部，所述下支架具有第二固定部，所述第一固定部的中心与所述第二固定部的中心连线在发动机的摇摆基准面内，所述第一管路的两端分别通过所述第一固定部和所述第二固定部固定。
7.根据本实用新型的一个实施例，所述支撑装置包括摇摆轴、滑动轴承、轴承座和常平座。
8.根据本实用新型的一个实施例，所述摇摆轴固定在发动机推力室轴线的两侧，且所述摇摆轴设置有联轴器用于传递扭矩。
9.根据本实用新型的一个实施例，所述滑动轴承安装在所述摇摆轴上用于提供绕所述摇摆轴的周向运动的轴承，所述轴承座，设置圆形轴承孔用于安装所述滑动轴承。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述常平座为“门”字形框架结构通过定位销安装在轴承座上，且通过所述轴承座跨设在发动机推力室两侧的摇摆轴上。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述常平座的上端面为倾斜的，以适应被固定面的斜度保证所述发动机为垂直状态。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述第一管路为金属软管，中间部分为波纹管段，两端为管路接嘴。
13.根据本实用新型的一个实施例，所述第二管路为金属硬管，两端为外套螺母，采用
球头密封方式密封。
14.另一方面，本实用新型还提供了一种运载火箭游机摇摆机构，包括推力室以及上述的运载火箭发动机摇摆管路系统。
15.根据本实用新型的运载火箭发动机摇摆管路系统中上支架、下支架以及第一管路、第二管路的位置的布局，以及材质的不同，能够实现发动机推力室摇摆过程中第一管路只有角度偏转，没有长度伸缩，保证整体摇摆管路系统处于良好的工作状态。
16.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。
附图说明
17.下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明实用新型的原理。
18.图1是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的正视图；
19.图2是本实用新型再一实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的正视图的侧视图；
20.图3是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的上支架或下支架的示意图；
21.图4是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的第一管路的示意图；
22.图5是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的第二管路的示意图。
23.附图标记说明：
24.100
‑
支撑装置，101
‑
摇摆轴，102
‑
轴承座，103
‑
常平座，200
‑
上支架，201
‑
第一固定部，300
‑
下支架，301
‑
第二固定部，400
‑
第一管路，401
‑
波纹管段，402
‑
管路接嘴，500
‑
第二管路，501
‑
外套螺母。
具体实施方式
25.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，用于示例性的说明本实用新型的原理，并不被配置为限定本实用新型。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本实用新型实施例的理解。
26.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，
从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
29.对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。
30.图1是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的正视图；图2是本实用新型再一实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的正视图的侧视图；图3是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的上支架或下支架的示意图；图4是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的第一管路的示意图；图5是本实用新型一个实施例的运载火箭发动机摇摆管路系统的第二管路的示意图。
31.如图1和图2所示，本实用新型提供一种运载火箭发动机摇摆管路系统，包括：支撑装置100，作为发动机摇摆时的承力支撑架设在发动机推力室t圆柱段；上支架200，安装在支撑装置100的一侧；下支架300，安装在推力室t的扩张段上，上支架200与下支架300同侧设置；两根第一管路400，安装在上支架200和下支架300之间且具有弯曲性能，第一管路400的进出口的至少之一设有静密封结构；两根第二管路500，从第一管路400出口安装至推力室t入口。
32.具体地，运载火箭发动机的推力室t大致分为圆柱段、收敛段和扩张段，支撑装置100的顶部架设在推力室t圆柱段上方，连接顶部的两端固定在推力室t的侧部，在该实施例中，支撑装置100作为发动机摇摆时的承力支撑架构。上支架200固定安装在支撑装置100的一侧，下支架300固定安装在推力室t的扩张段，上支架200和下支架300设置在同一侧。将两根第一管路400并列安装在上支架200与下支架300之间，由于发动机推力室t摇摆时上支架200保持不动，下支架300随着推力室t摇摆而移动，第一管路400需要设置成具有弯曲性能的管道，且第一管路400的进出口至少之一采用静密封结构，保证发动机摇摆时管路系统中的推进剂不泄露。从第一管路400出口流出的推进剂通过第二管路500进入到推力室t的入口，从而实现推进剂从第一管路400向推力室t的输送。
33.在本实施例中，发动机推力室t在摇摆过程中第一管路400只有角度偏转，没有长度的伸缩，能够保证第一管路400处于良好的工作状态。第一管路400的进出口可采用可靠的静密封结构，保证发动机工作过程中推进剂不发生泄漏。
34.如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，上支架200具有第一固定部201，下支架300具有第二固定部301。第一固定部201的中心与第二固定部301的中心连线在发动机的摇摆基准面内，第一管路400的两端分别通过第一固定部201和第二固定部301固定。
35.具体地，上支架200通过第一固定部201与第一管路400的一端固定连接，下支架
300通过第二固定部301与第一管路400的另一端固定连接。为了保证第一管路400在发动机推力室t未摇摆时处于垂直状态，第一固定部201的中心与第二固定部301的中心连线需要在发动机的摇摆基准面内，保证第一管路400处于良好的工作状态。
36.如图1和图2所示，根据本实用新型的一个实施例，支撑装置100包括摇摆轴101、滑动轴承、轴承座102和常平座103。
37.根据本实用新型的一个实施例，摇摆轴101固定在发动机推力室t轴线的两侧，且摇摆轴101设置有联轴器用于传递扭矩。
38.根据本实用新型的一个实施例，滑动轴承安装在摇摆轴101上用于提供绕摇摆轴101的周向运动的轴承，轴承座102，设置圆形轴承孔用于安装滑动轴承。
39.具体地，运载火箭发动机摇摆支撑装置100的摇摆轴101位于运载火箭推力室t的两侧，为了增加两侧摇摆轴101的同轴度，提高推力室t在摇摆时的平稳性，摇摆轴101通过加工中心一次定位固定到推力室t两端。滑动轴承安装在摇摆轴101上，滑动轴承能够提供绕摇摆轴101周向的运动，从而带动推力室t进行摇摆。轴承座102作为连接滑动轴承和常平座103的中间件，设置有圆形的轴承孔用于安装滑动轴承，轴承座102还设置有安装孔用于安装常平座103。常平座103为框架结构跨设安装在发动机推力室t两侧的轴承座102，在发动机摇摆时常平座103能够保持固定不动，常平座103与运载火箭中的机架连接以维持发动机摇摆时力的平衡。
40.在本实施例中，采用滑动轴承代替传统的滚珠轴承或者组合式滑动轴承，相比滚珠轴承能够降低摇摆支撑装置100的产品成本，还简化了产品结构，相比组合式滑动轴承能够提高轴承孔圆柱度以及表面粗糙度，从而保证发动机摇摆工作过程中更加平顺，提高了摇摆支撑装置100的工作可靠性。
41.根据本实用新型的一个实施例，摇摆轴101通过机械加工固定在推力室t的圆柱段。
42.具体地，运载火箭发动机的推力室t大致分为圆柱段、收敛段和扩张段。摇摆轴101通过机械加工固定在推力室t的圆柱段，从而常平座103的顶部架设在推力室t圆柱段上方，连接顶部的侧部设置在推力室t的两侧。
43.根据本实用新型的一个实施例，常平座103为“门”字形框架结构，通过定位销安装在轴承座102上，且通过轴承座102跨设在发动机推力室t两侧的摇摆轴101上。
44.具体地，常平座103设置成“门”字形框架结构能够跨设在推力室t两侧，在常平座103上端面设置安装孔实现与机架对接，常平座103下端面设置安装孔实现与轴承座102的连接。
45.根据本实用新型的一个实施例，常平座103的上端面为倾斜的，以适应被固定面的斜度保证发动机为垂直状态。
46.具体地，由于运载火箭中的机架同时安装多个发动机，为了保持力的平衡，机架即发动机摇摆支撑装置的被固定面，设置成沿着中心轴向着四周向下倾斜，常平座103安装在倾斜的机架上，需要按照该倾斜角度将常平座103的上端面相应设置成相同角度的倾斜面，保证在未工作状态下的发动机为垂直状态。
47.如图4所示，据本实用新型的一个实施例，第一管路400为金属软管，中间部分为波纹管段401，两端为管路接嘴402。
48.具体地，中间部分的波纹管段401具有良好的柔性，以实现金属软管摇摆弯曲；两端管路接嘴402结构可以相同，为实现金属软管的密封与安装的固定结构。例如，第一管路400的密封形式采用可靠的喇叭口静密封结构，保证在摇摆机构工作过程中，密封部位不会泄漏推进剂。管路接嘴402包括直径m的螺纹(用于通过螺母锁紧至第一固定部201)及螺纹底部对边长度为s的六方(用于背扳手安装第一管路400)组合而成，其中对边长度s大于直径m。
49.安装时，将第一管路400两端的管路接嘴402螺纹端分别插入上支架200的第一固定部201和下支架300上的第二固定部301，之后用螺母从上支架200、下支架300等彼此相反侧拧紧第一管路，实现第一管路400的安装固定。通过采用基于金属软管的摇摆管路系统，利用金属软管的柔性变形能力，避免了传统摇摆管路系统的动密封结构，代之以更可靠的静密封结构，提升了摇摆机构对推进剂(尤其是低温推进剂)的密封能力，提高了发动机性能及火箭飞行安全性。
50.如图5所示，根据本实用新型的一个实施例，第二管路500为金属硬管，两端为外套螺母501，采用球头密封方式密封。
51.具体地，第二管路500采用金属硬管用于实现推进剂从第一管路400向推力室t的输送。第二管路500两端有外套螺母501，采用球头密封结构。外套螺母501用于与推力室t和第一管路400进行固定，球头密封结构用于实现与推力室t和第一管路400的密封。
52.另一方面，本实用新型还提供了一种运载火箭游机摇摆机构，包括推力室t以及上述的运载火箭发动机摇摆管路系统。
53.运载火箭游机摇摆机构装配时，首先将推力室t摇摆轴101安装于常平座103轴承孔内，之后在常平座103上安装第一管路400的上支架200，然后将第一管路400两端分别固定于第一管路400上支架200和第一管路400下支架300(下支架300安装于推力室t的扩张段)，最后使第二管路500连接第一管路400的出口及推力室t的推进剂入口，同时安装伺服电机，至此完成摇摆机构装配。其中，第一管路400上支架200及下支架300布置于发动机推力室t的摇摆基准面，确保两根第一管路400安装完成后处于摇摆基准面内。推力室t摇摆过程中，第一管路400只有角度偏转，几乎没有长度的伸缩，可以确保在推力室t摇摆过程中第一管路400始终处于良好的工作状态。第一管路400进出口采用可靠的静密封结构，保证发动机工作过程中推进剂不发生泄漏。
54.发动机工作过程中，当需要推力室t摇摆时，通常通过箭上控制系统向伺服电机发送动作信号，伺服电机带动推力室t、第一管路400、及下支架300绕摇摆轴101转动，第一管路400发生柔性变形，配合发动机完成摇摆动作。
55.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。