火箭发动机——推力矢量控制

第十章推力矢量控制10.1引言10.2单喷管TVC机构10.3多推力室或多喷管的TVC10.4与飞行器的装配推力矢量控制引言力矩推力火箭推进系统气动控制推力矢量控制引言引言气动控制推力矢量控制改变舵翼方向，取得气动控制力改变推进方向，取得横向推动力1仅在有推力时工作2不论有无空气都工作3与速度无关，产生对应推力的横向力4可以取大攻角急回转1不论有无推力都工作2仅在有空气时工作3产生与速度的平方成比例的推力4为控制失速，攻角有上限急回转能力受限采用推力矢量控制TVC（thrustvectorcontrol）机构的理由：①有意改变飞行轨道或弹道；②使飞行器旋转或改变姿态；③修正与预订弹道或姿态的偏差；④修正固定喷管的推力偏心。引言偏转主发动机的推力矢量俯仰或偏航的控制力矩（单喷管TVC）滚转力矩？两个以上回转舵或两个以上单独铰接的喷管（多喷管或多推力室TVC）引言返回1.通过机械方法使喷管或推力室偏转。2.将耐热可活动物体插入喷流，这些物体承受气动力并使部分排气偏转。3.在扩张喷管的侧面喷入流体，使超声速排气气流不对称。4.采用独立的产生推力的装置，不属于通过喷管的主气流。作动器又名激振器，用于进行动力学试验，是动力学试验的出力装置。作动器的作用是按照确定的控制律对控制对象施加控制力。机械阻碍气流技术成熟推力损失小对作动器要求较高作动力小装置小存在剥蚀工作时间有限推理损失较大推进剂软管失稳、密封性、耐压力、温度疲劳寿命气体密封低温下刚度大，所需转矩大燃气舵和空气舵的差别，在于作用的介质不同：燃气舵位于导弹尾部发动机之后，通过改变发动机燃气流来产生改变导弹飞行姿态的侧向控制力；空气舵则位于弹体表面，通过改变空气气流来产生改变导弹飞行姿态的侧向控制力。燃气舵最早主要应用于弹道导弹上，因为弹道导弹通常是要飞出大气层的，而在大气层外没有空气介质的情况下，只能使用燃气舵来作控制舵面。潜射导弹叶片在喷管出口面上移动，部分遮住喷管出口面积。在喷管扩张段内产生气流分离和激波，形成不对称的压力分布。从而产生侧向控制力。通过控制叶片在燃气中的停留时间来调节侧向控制力的大小。喷管燃气片3.在扩张喷管的侧面喷入流体，使超声速排气气流不对称。（二次注射TVC）（1）液体侧向喷射：应用早，技术成熟，但趋于淘汰(北极星、民兵3)（2）燃气侧向喷射：机构质量轻，发动机性能损失小但技术未经验证，困难在于耐侵蚀的高温燃气阀门和低侵蚀的推进剂。单喷管TVC机构在相同的流量比下，高温推进剂燃气侧向喷射能提供更大的侧向控制力单喷管TVC机构燃气喷射系统将可能实现：单喷管TVC机构（1）高温燃气阀门可以采用更新的碳—碳结构件和现代绝热材料制造；（2）已研制了侵蚀性低、对喷管和阀门的腐蚀较小的固体推进剂。二次注射的优缺点：单喷管TVC机构优点：（1）无活动的执行原件，反映灵敏；（2）轴向推力不会损失，反而有所增大；（3）伺服系统功率小，重量轻。缺点：（1）致偏能力小；（2）液体喷射趋于淘汰，燃气喷射未经验证。（4）采用独立的产生推力的装置，它不属于通过喷管的主气流（1）用于大推力发动机的铰接辅助推力室（2）用于大发动机的涡轮排气偏转单喷管TVC机构可以转动的辅助推力室返回滚转控制的实现条件至少有两个单独的矢量喷管四个固定的脉冲或变流量喷管有两个燃气舵伸入单个喷管排气流中方案使用两台以上火箭发动机使用具有两个以上作动喷管的单台发动机多推力室或多喷管的TVC机构典型的TVC方案四个固定推力室的差动节流四台推力室中两台进行节流，两台未节流，未节流的两台发动机产生较大的推力给飞行器施加转矩实现不同控制功能时节流发动机的分布情形飞行控制原理TVC子系统要在在硬件上与飞行器连接，安装在发动机喷管上TVC系统的选择与设计准则来源于飞行器的需求TVC系统的作动或运动由飞行器指导与控制系统操纵TVC与飞行器的装配具体的接口类型进出飞行器控制器和动力源的点接口与作动器紧固件的机械连接测量推力轴线或作动器位置的传感器设计特点便于开展ＴＶＣ系统试验易于检测和维修有助于承受高震荡环境TVC接口概念：作动器是实施振动主动控制的关键部件，是主动控制系统的重要环节。作动器的作用是按照确定的控制律对控制对象施加控制力TVC作动器可以采用液压的、气动的、机电的，并通常含有位置传感器。作动器