一种浮动转膛燃烧室装置

1.本发明属于航空航天技术领域，涉及一种浮动转膛机构，特别涉及一种具有多次点火启动能力的脉冲固体火箭发动机的浮动转膛机构。


背景技术：

2.固体火箭发动机维护简单，安全性好，可靠性高，作为导弹和火箭的动力装置之一发挥了重要的作用。但是对于传统的固体火箭发动机而言，由于其为一次点火到位的动力装置，推进剂一旦被点燃便难以中断，因此无法实现推力的中止和多次启停。
3.目前固体变推力发动机、固体双脉冲发动机、固体姿轨控发动机等典型固体多脉冲发动机技术不断取得突破，已经研制出双脉冲发动机、三脉冲发动机乃至六脉冲发动机。这些多脉冲发动基本均采用隔仓式一体结构，主要为在火箭发动机的燃烧室内添加一至两个脉冲单元。但是，这种方案存在如下问题：增加燃烧室的体积与自由容积，增加了实际点火难度，脉冲单元与燃烧室相连使药柱更容易受到周围环境变化所产生的影响，能量分配离散化程度不高，很难实现发动机能量更高级数的分配与管理。


技术实现要素：

4.结合发明人在该领域的研究和实际经验，在此提出以下改进的技术方案。
5.一种浮动转膛机构，其特征在于，包括：
6.主动轴，所述主动轴上设置有第一齿轮和第二齿轮；
7.转膛体，所述转膛体具有多个空腔，用于容纳药柱；
8.转膛体浮动机构，包括齿轮传动装置和凸轮，所述齿轮传动装置与所述第一齿轮啮合，并带动所述凸轮运转；所述转膛体浮动机构还包括凸轮从动件和转膛体支撑件，所述凸轮从动件能够在所述凸轮的作用下使得所述转膛体支撑件轴向移动；
9.转膛体旋转机构，包括拨盘、槽轮和第三齿轮，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述槽轮上设置有凸轮，所述凸轮与所述拨盘配合，从而使得所述凸轮旋转一周时，所述拨盘旋转小于一周；所述拨盘与所述转膛体连接并能带动所述转膛体旋转。
10.进一步地，所述齿轮传动装置包括第四齿轮和锥齿轮副，所述锥齿轮副包括与第四齿轮同轴的第一锥齿轮和与所述凸轮连接的第二锥齿轮。
11.进一步地，所述转膛体浮动机构还包括复位弹性件，用于与所述凸轮配合实现所述转膛体支撑件的轴向移动。
12.进一步地，所述槽轮包括圆形基盘，在基盘外边缘处沿轴向延伸有环状部，在该环状部上开设有缺口，在基盘上还设置有凸轮结构，该凸轮结构包括圆盘以及从该圆盘伸出的凸轮，该圆盘的直径小于环状部的直径，从而在圆盘的径向外侧和环状部的径向内侧形成有一条环形槽，该凸轮包括一个弧形边和与该弧形边相交的直边，凸轮的弧形边和直边相交的部分位于该缺口内。
13.进一步地，所述拨盘具有多个与拨盘的盘体垂直的销，且槽轮的凸轮的直边与缺
口的一侧的距离刚好可以供一个销通过。
14.进一步地，所述销为圆柱销，且数量为6个，所述销沿圆周均布。
15.进一步地，还包括瞎火药检测装置，所述瞎火药检测装置包括：
16.筒状结构，在所述筒状结构的本体表面设置有曲线槽，在该筒状结构的一侧设置有齿轮；
17.齿轮齿条机构，包括大增程齿轮、小增程齿轮、长齿条、短齿条；
18.辅助杆，所述辅助杆与短齿条连接。
19.进一步地，曲线槽包括多个位于与轴向垂直的平面内的第一部分，以及多个分别连接相邻的两个第一部分的第二部分。
20.进一步地，还包括集药装置，所述集药装置包括括卷簧、旋转体、锁块、扭簧、扭簧支撑架、旋转体支架以及旋转轴，卷簧设置在旋转轴的一侧，旋转体固定设置在旋转轴上，旋转体包括圆盘形本体以及设置在圆盘形本体外侧的多个凸起部，锁块具有两个锁臂，能够与凸起部配合，锁块与扭簧连接。
21.综合上述技术方案可知，本发明具有以下有益技术效果：
22.提出一种新型的可连续装填多脉冲固体火箭发动机的设计方案，将转膛体与喷管分装，以实现固体燃料的可连续装填。
23.本发明的其它特征和优点将在下文结合附图做进一步描述。
附图说明
24.参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
25.图1为本发明浮动转膛机构总体装配示意图。
26.图2为本发明浮动转膛机构转膛体-套筒组件示意图。
27.图3为本发明浮动转膛机构伸长杆套结构示意图。
28.图4为本发明浮动转膛机构槽轮结构示意图。
29.图5为本发明浮动转膛机构药柱结构示意图。
30.图6(a)和图6(b)为本发明浮动转膛机构包含瞎火药集药装置总装配图。
31.图7为本发明浮动转膛机构瞎火药集药机构中的增程装置。
32.图8为本发明浮动转膛机构瞎火药集药机构的集药装置。
具体实施方式
33.下面参照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解和实现本发明。但是，对所属技术领域的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应看作是权利要求的特征或限定，除非在权利要求中明确提出。
34.在以下描述中可能使用的关于方位的说明，比如“上”、“下”、“内”、“外”、“径向”、“轴向”等，除非具有明确说明，仅为了方便描述，而无欲对发明技术方案形成任何限定。此外，在下文中使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本技术的元件，这些术语仅用于区分
各个元件，而无欲限制这些元件的本质、序列、顺序或数目。
35.图1示出了本发明的浮动转膛机构的总体装配示意图。从图1可以看出，浮动转膛机构包括主动轴1、转膛体浮动组件、转膛体-套筒组件、间歇组件、喷管15。整体而言，本发明的浮动转膛机构的总体可以在图1中分为左半部分和右半部分，左半部分用于实现转膛体的浮动，即使转膛体在轴向上来回移动；右半部分则用于实现转膛体的间歇转动。
36.所述主动轴1通过轴承连接在未图示的机架上，主动轴1的一端连接至伺服电机，从而在伺服电机的带动下转动。
37.具体地，转膛体浮动组件包含转膛体周期小齿轮2、转膛体周期大齿轮3、第一转膛体周期锥齿轮4、第二转膛体周期锥齿轮5、凸轮6。转膛体周期小齿轮2例如通过花键尤其是平键固定设置在主动轴1上，并与转膛体周期大齿轮3啮合；转膛体周期大齿轮3与第一转膛体周期锥齿轮4同轴设置，从而二者一起转动。转膛体周期大齿轮3与第一转膛体周期锥齿轮4例如通过花键尤其是平键固定设置在轴上，并且该轴通过轴承固定在机架上。第一转膛体周期锥齿轮4与第二转膛体周期锥齿轮5啮合，二者的旋转轴线呈90
°
角。凸轮6则设置在固定有第二转膛体周期锥齿轮5的轴上，从而使得第二转膛体周期锥齿轮5能带动凸轮6运动。第二转膛体周期锥齿轮5与凸轮6例如通过花键尤其是平键固定至同一轴上，并且该轴通过轴承固定在机架上。
38.图2则示出了本发明的浮动转膛机构的转膛体-套筒组件示意图。从图2中可以看出，转膛体-套筒组件包含套筒7、凸轮挡板9、后端伸长杆10、转膛体13、弹簧垫片14、回位弹簧16、伸长杆套18。所述凸轮挡板9、套筒7、后端伸长杆10、转膛体13、弹簧垫片14、回位弹簧16、伸长杆套18同轴设置，所述套筒7设置在机架上，转膛体13的前端与伸长杆套18通过花键连接在一起，这样既可以相对滑移，也可以传递扭矩，伸长杆套18通过轴承支撑在机架上。转膛体13包括多个在圆周方向上均布的膛体。
39.伸长杆套18的结构如图3所示。从图3中可看出，伸长杆套18包括第一端部和第二端部，第一端部和第二端部之间设置有轴承安装部。第一端部和第二端部可以是环状结构，在环的内壁部设置有突出部，以便与其他部件连接。
40.再回到图1和图2，间歇组件包含六圆柱销拨盘17、槽轮19、间歇传动大齿轮20、间歇传动小齿轮21。所述间歇传动小齿轮21例如通过花键尤其是平键固定在主动轴1上。间歇传动大齿轮20位于间歇传动小齿轮21斜上方并与其啮合。所述间歇传动大齿轮20与槽轮19支撑在同一根轴上且与轴固定连接，该轴通过轴承支撑在机架上。
41.所述六圆柱销拨盘17与伸长杆套18固定连接。此外，六圆柱销拨盘17还通过设置于其上的圆柱销与槽轮19连接。槽轮19结构如图4所示。槽轮19包括一个圆形的基盘，在基盘的外边缘处沿轴向延伸有一个环状部，在该环状部上开设有一个缺口。在基盘上还设置有一个凸轮结构，该凸轮结构包括一个圆盘以及从该圆盘伸出的凸轮，该圆盘的直径小于环状部的直径，从而在圆盘的径向外侧和环状部的径向内侧形成有一条环形槽。该凸轮包括一个弧形边和与该弧形边相交的直边。凸轮的弧形边和直边相交的部分位于该缺口内，且该直边与缺口的一侧的距离最好是刚好可以供一个圆柱销通过。当安装完毕后，初始状态下，槽轮19的槽内容纳六圆柱销拨盘17的一个圆柱销。
42.所述喷管15固定在机架上，在发动机不工作时，喷管15与转膛体13的前膛孔有缝隙。
43.图5为本发明浮动转膛机构药柱结构示意图。从图5可以看出，药柱12整体上呈圆柱形，在圆柱形的药柱12的端部设置有发射药11。药柱12可以在推弹装置8的作用下被放置到转膛体13之中。如图1所示，推弹装置8可以是一个“匚”形结构，包括相互平行的两个杆状构件，一个杆状构件与套筒7同轴，另一个杆状构件的轴线在径向刚好与转膛体13的轴线重合。
44.以下对本发明浮动转膛机构工作说明：
45.转膛体浮动：伺服电机带动主动轴1转动，在主动轴1上固定的转膛体周期小齿轮2也被带着转动，继而带动与转膛体周期小齿轮啮合的转膛体周期大齿轮3转动，因为第一转膛体周期锥齿轮4与转膛体周期大齿轮3同轴连接，所以也跟着转动；第二转膛体周期锥齿轮5与凸轮6同轴连接，且与第一转膛体周期锥齿轮4啮合，所以凸轮6也被带着转动；凸轮6转动挤压凸轮挡板9顺着套筒7向前运动，凸轮挡板9继而依次挤压后端伸长杆10、转膛体13、弹簧垫片14、回位弹簧16顺着套筒7向前——即想着喷管15的方向——运动，由此实现转膛体13与喷管15的紧密闭合完成闭气。闭气完成后，转膛体、弹簧垫片、后端伸长杆、凸轮挡板又在回位弹簧的作用下恢复到初始位置完成一次循环。
46.转膛体转动：伺服电机带动主动轴1转动，在主动轴上固定的间歇传动小齿轮21也被带着转动，带动与其啮合的间歇传动大齿轮20转动；间歇传动大齿轮又与槽轮19刚性同轴连接，所以槽轮也被带着转动；如图1，初始时，六圆柱销拨盘17的其中一个圆柱销就位于在槽轮19的槽内，在下一个圆柱销被槽轮拨进槽内之前，槽轮外沿与六圆柱销拨盘的两个圆柱销接触，在这一段时间之内，六圆柱销拨盘静止不动；当下一个圆柱销被拨进槽轮槽内时，槽轮可以驱动六圆柱销拨盘转动；槽轮转动一周，拨盘转动1/6周，拨盘与伸长杆套18刚性连接，伸长杆套又与转膛体13前端通过花键连接，从而可以把扭矩传递给转膛体，最终实现转膛体的间歇转动。
47.进一步地，为了确定已点火后的药室是否存在瞎火，本发明还设置有瞎火药检测装置。具体地，如图6(a)和图6(b)所示，在图1所示的装置外侧设置有环形的筒状结构，在该筒状结构的本体表面设置有曲线槽22，在该筒状结构的一侧设置有齿轮。如图6所示，曲线槽22包括多个位于与轴向垂直的平面内的第一部分，以及多个分别连接相邻的两个第一部分的第二部分。瞎火药检测装置还包括如图7所示的齿轮齿条机构，齿轮齿条机构包括增程齿轮轴24、大增程齿轮25、小增程齿轮27、长齿条26、短齿条28。另外，还设置有辅助杆23。辅助杆23与短齿条28均固定在机架上，长齿条26被机架支撑，且可以前后运动。
48.瞎火药检测装置设置在机架上。辅助杆23的一侧设置有滚轮，该滚轮位于曲线槽22中。筒状结构具有外齿轮，外齿轮能够与主动轴1上的驱动齿轮36啮合，从而使得筒状结构旋转，则曲线槽22随之转动，位于曲线槽22中的滚轮在曲线槽中运动，由于辅助杆与23短齿条固定在机架上，当辅助杆上的滚轮在曲线槽的第二部分中滚动时，带动短齿条28前后运动，短齿条的运动带动小增程齿轮27转动，小增程齿轮带动同轴的大增程齿轮25转动，大增程齿轮的转动使长齿条26前后大幅度移动，该动作即可将瞎火药送入将在下文描述的集药装置中。
49.进一步地，如果检测到存在瞎火药，则可以采用如图8所示的瞎火药采集装置来采集瞎火药。结合图6和图8可知，该装置设置在机架上，包括卷簧29、旋转体30、锁块31、扭簧32、扭簧支撑架33、旋转体支架34以及旋转轴35。卷簧29设置在旋转轴35的一侧，旋转体30
固定设置在旋转轴35上。旋转体30包括圆盘形本体以及设置在圆盘形本体外侧的多个凸起部。凸起部可以是凸角，该凸角一条边是与圆盘形本体的径向平行或重合的直边，另一条边则是斜边，该斜边可以与圆盘相切。如图8所示，凸角的顶部设置有一个平台。凸角的数量可以设置为3个。锁块31具有两个锁臂，能够分别与凸角的两个边配合。锁块31还与扭簧连接。扭簧32设置在扭簧支撑架33上。
50.当瞎火药被送入集药装置后，药柱12顶住固定在扭簧支撑架33上的锁块31，使该锁块不再卡住旋转体30尾端的三角形突起，此时旋转体末端的涡卷弹簧29的弹力使得旋转体转动，当其转到下一个空药位时，由于没有药柱顶开锁块，锁块31受到扭簧32的弹力继续卡在旋转体尾端的三角形突起处。瞎火药集药装置通过该方式可循环工作。
51.上文描述的仅仅是有关本发明的精神和原理的示例性实施方式。本领域技术人员可以明白，在不背离所述精神和原理的前提下，可以对所描述的示例做出各种变化，这些变化及其各种等同方式均被本发明人所预想到，并落入由本发明的权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种浮动转膛机构，其特征在于，包括：主动轴，所述主动轴上设置有第一齿轮和第二齿轮；转膛体，所述转膛体具有多个空腔，用于容纳药柱；转膛体浮动机构，包括齿轮传动装置和凸轮，所述齿轮传动装置与所述第一齿轮啮合，并带动所述凸轮运转；所述转膛体浮动机构还包括凸轮从动件和转膛体支撑件，所述凸轮从动件能够在所述凸轮的作用下使得所述转膛体支撑件轴向移动；转膛体旋转机构，包括拨盘、槽轮和第三齿轮，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述槽轮上设置有凸轮，所述凸轮与所述拨盘配合，从而使得所述凸轮旋转一周时，所述拨盘旋转小于一周；所述拨盘与所述转膛体连接并能带动所述转膛体旋转。2.根据权利要求1所述的浮动转膛机构，其特征在于，所述齿轮传动装置包括第四齿轮和锥齿轮副，所述锥齿轮副包括与第四齿轮同轴的第一锥齿轮和与所述凸轮连接的第二锥齿轮。3.根据权利要求1所述的浮动转膛机构，其特征在于，所述转膛体浮动机构还包括复位弹性件，用于与所述凸轮配合实现所述转膛体支撑件的轴向移动。4.根据权利要求1所述的浮动转膛机构，其特征在于，所述槽轮包括圆形基盘，在基盘外边缘处沿轴向延伸有环状部，在该环状部上开设有缺口，在基盘上还设置有凸轮结构，该凸轮结构包括圆盘以及从该圆盘伸出的凸轮，该圆盘的直径小于环状部的直径，从而在圆盘的径向外侧和环状部的径向内侧形成有一条环形槽，该凸轮包括一个弧形边和与该弧形边相交的直边，凸轮的弧形边和直边相交的部分位于该缺口内。5.根据权利要求4所述的浮动转膛机构，其特征在于，所述拨盘具有多个与拨盘的盘体垂直的销，且槽轮的凸轮的直边与缺口的一侧的距离刚好可以供一个销通过。6.根据权利要求5所述的浮动转膛机构，其特征在于，所述销为圆柱销，且数量为6个，所述销沿圆周均布。7.根据权利要求1-6中任一项所述的浮动转膛机构，其特征在于，还包括瞎火药检测装置，所述瞎火药检测装置包括：筒状结构，在所述筒状结构的本体表面设置有曲线槽，在该筒状结构的一侧设置有齿轮；齿轮齿条机构，包括大增程齿轮、小增程齿轮、长齿条、短齿条；辅助杆，所述辅助杆与短齿条连接。8.根据权利要求7所述的浮动转膛机构，其特征在于，曲线槽包括多个位于与轴向垂直的平面内的第一部分，以及多个分别连接相邻的两个第一部分的第二部分。9.根据权利要求7所述的浮动转膛机构，其特征在于，还包括集药装置，所述集药装置包括括卷簧、旋转体、锁块、扭簧、扭簧支撑架、旋转体支架以及旋转轴，卷簧设置在旋转轴的一侧，旋转体固定设置在旋转轴上，旋转体包括圆盘形本体以及设置在圆盘形本体外侧的多个凸起部，锁块具有两个锁臂，能够与凸起部配合，
锁块与扭簧连接。

技术总结
本发明涉及一种浮动转膛机构，其特征在于，包括：主动轴，所述主动轴上设置有第一齿轮和第二齿轮；转膛体，所述转膛体具有多个空腔，用于容纳药柱；转膛体浮动机构，包括齿轮传动装置和凸轮，所述齿轮传动装置与所述第一齿轮啮合，并带动所述凸轮运转；所述转膛体浮动机构还包括凸轮从动件和转膛体支撑件，所述凸轮从动件能够在所述凸轮的作用下使得所述转膛体支撑件轴向移动；转膛体旋转机构，包括拨盘、槽轮和第三齿轮，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述槽轮上设置有凸轮，所述凸轮与所述拨盘配合，从而使得所述凸轮旋转一周时，所述拨盘旋转小于一周；所述拨盘与所述转膛体连接并能带动所述转膛体旋转。并能带动所述转膛体旋转。并能带动所述转膛体旋转。


技术研发人员：周东谟 张梦飞 魏钰文 杨浩 杨臻
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/28