《运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103291493 A (43)申请公布日 2013.09.11 CN 103291493 A *CN103291493A* (21)申请号 201310270117.7 (22)申请日 2013.06.28 F02K 1/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 郭令 郭为忠 高峰 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王毓理 王锡麟 (54) 发明名称 运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构 (57) 摘要 一种航空发动机技术领域的运动解耦的轴对 称矢量喷管调节机构，。
2、 包括 ： 以机匣作为静平台 F， 以调节环作为动平台 M。以及两端分别与调节 环和机匣相连的第一、 二、 三被动支路和第四、 五、 六主动支路 ； 第一、 二被动支路包括 ： 依次串联的 万向副、 下转动副、 上转动副。 第三被动支路包括 ： 依次串联的上、 下转动副以及万向副 ； 第四、 五、 六主动支路包括 ： 依次串联的下球铰副、 移动副 以及上球铰副。本发明能实现调节环的纯转动输 出， 即在调节环绕某轴转动的同时不会产生伴随 的移动， 故其具有运动解耦性好而易于控制等优 点 ； 该机构中含有更少的球铰副， 从而降低了制 造成本和安装难度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 。
3、说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103291493 A CN 103291493 A *CN103291493A* 1/1 页 2 1. 一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构， 其特征在于， 包括 ： 以机匣作为静平台， 以调节环作为动平台， 通过三个主动支路和三个被动支路组成的轴对称矢量喷管调节机构 连接静平台与动平台， 从而形成六支路的三自由度并联机构 ； 所述的第一、 二被动支路包括 ： 依次串联的上、 下转动副以及万向副， 其中 ： 两个转动 副轴线以及万向副的第二。
4、根转动轴线相互平行 ； 所述的第三被动支路包括 ： 依次串联的万向副以及上、 下转动副， 其中 ： 万向副的第二 根转动轴线与两个转动副轴线相互平行。 所述的主动支路包括 ： 依次串联的上球铰副、 移动副以及下球铰副 ； 三个主动支路以 移动副作为主动副 ； 主动移动副的驱动是电机带动的丝杆机构或液压系统 ； 所述的调节环实现空间内的两个转动自由度和一个移动自由度， 其中 ： 第一转动自由 度是调节环绕第一被动支路的第一万向副的第一根转动轴线转动， 第二转动自由度是调节 环绕第三被动支路的第三万向副的第一转动轴线转动 ； 第一上转动副的轴线与第三被动支 路第三上转动副的轴线的公垂线方向移动。 。
5、2. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述的万向副拥有两个相互垂直的转动轴 线， 其中第一根轴线为固定在机匣上的转动轴线， 第二根转动轴线为与第一根轴线相垂直 的转动轴线。 3. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述的第一被动支路中的第一万向副与第 二被动支路中的第二万向副， 以第三被动支路中的第三下转动副为基准对称布置。 4. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述的第一被动支路中第一万向副的第一 根转动轴线与第三被动支路中第三下转动副的轴线相互平行。 5. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述的第一被动支路中的第一上转动副的 轴线与第三被动支路。
6、中的第三万向副的第一根转动轴线相互平行。 6. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述的第一被动支路中第一万向副的第一 根转动轴线与第二被动支路中第二万向副的第一根转动轴线共线。 7. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述的第一被动支路中的第一上转动副的 轴线与第二被动支路中第二上转动副的轴线平行。 8. 根据权利要求 1 所述的机构， 其特征是， 所述第一被动支路中的第一万向副的第一 根转动轴线、 第二被动支路中第二万向副的第一根转动轴线以及第三被动支路中的第三下 转动副的轴线均平行于机匣所在的平面。 权 利 要 求 书 CN 103291493 A 2 1/3 页 3。
7、 运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构 技术领域 0001 本发明涉及的是一种航空发动机技术领域的装置， 具体是一种运动解耦的轴对称 矢量喷管调节机构。 背景技术 0002 轴对称推力矢量技术是现代先进战斗机的关键技术之一， 其特点是通过改变发动 机尾喷管的气流方向而产生的力矩来操纵飞机， 在实现了水平推进同时提供偏航俯仰附加 力矩， 它的引入使战斗机的隐身性、 机动性、 敏捷性、 短距起落能力和超音速巡航等性能得 到了充分的发挥和提高。实现推力矢量化需要相应的推力矢量装置， 其中可作 360 度转动 的轴对称矢量喷管 （AxialSymmetric Vectoring Exhaust Nozzl。
8、e， AVEN） 代表了发动机 排气系统设计与研究的发展方向。在该矢量喷装置中， 具有一移动两转动运动特征的调节 环结构是实现喷管作 360 度偏转的关键部件。 0003 目前， 国外所公开的该类调节机构 （如专利文献号 US5174502、 US5779152、 US5820024、 US6142416、 US6199772、 US6415599、 EP0886061B1） 中记载的技术均采用的是 3-PRS/3-SPS或3-PRS/3-SPS等六支路并联机构， 其中3条SPS支路作主动支路， 3条PRS或 RRS 作被动支路用于对调节环定心。然而对该类机构而言， 其不能实现调节环纯转动输出。
9、， 即在绕某轴转动的同时必然产生伴随的移动， 故其耦合性较强， 运动求解较复杂， 控制也较 复杂 ； 含有较多的难以加工的 S 副， 使得制造成本增加。 0004 因此， 设计含有更少的球铰副， 能实现调节环纯转动输出、 运动解耦性好而易于控 制的一移动两转动矢量喷管装置实际工程应用的迫切需要。 发明内容 0005 本发明针对现有技术存在的上述不足， 提出一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节 机构， 能实现调节环的纯转动输出， 即在调节环绕某轴转动的同时不会产生伴随的移动， 故 其具有运动解耦性好而易于控制等优点 ； 该机构中含有更少的球铰副， 从而降低了制造成 本和安装难度。 0006 本发明是。
10、通过以下技术方案实现的， 本发明包括 ： 以机匣作为静平台， 以调节环作 为动平台， 通过三个主动支路和三个被动支路组成的轴对称矢量喷管调节机构连接静平台 与动平台， 从而形成六支路的三自由度并联机构。 0007 所述的第一、 二被动支路包括 ： 依次串联的上、 下转动副以及万向副， 其中 ： 两个 转动副轴线以及万向副的第二根转动轴线相互平行 ； 0008 所述的第三被动支路包括 ： 依次串联的万向副以及上、 下转动副， 其中 ： 万向副的 第二根转动轴线与两个转动副轴线相互平行。 0009 所述的万向副拥有两个相互垂直的转动轴线， 其中第一根轴线为固定在机匣上的 转动轴线， 第二根转动轴线。
11、为与第一根轴线相垂直的转动轴线。 0010 所述的主动支路包括 ： 依次串联的上球铰副、 移动副以及下球铰副 ； 三个主动支 说 明 书 CN 103291493 A 3 2/3 页 4 路以移动副作为主动副 ； 主动移动副的驱动是电机带动的丝杆机构或液压系统。 0011 所述的第一被动支路中的第一万向副与第二被动支路中的第二万向副， 以第三被 动支路中的第三下转动副为基准对称布置 ； 0012 所述的第一被动支路中第一万向副的第一根转动轴线与第三被动支路中第三下 转动副的轴线相互平行 ； 0013 所述的第一被动支路中的第一上转动副的轴线与第三被动支路中的第三万向副 的第一根转动轴线相互平行。
12、 ； 0014 所述的第一被动支路中第一万向副的第一根转动轴线与第二被动支路中第二万 向副的第一根转动轴线共线 ； 0015 所述的第一被动支路中的第一上转动副的轴线与第二被动支路中第二上转动副 的轴线平行。 0016 所述第一被动支路中的第一万向副的第一根转动轴线、 第二被动支路中第二万向 副的第一根转动轴线以及第三被动支路中的第三下转动副的轴线均平行于机匣所在的平 面。 0017 此外， 保持各被动分支的型位关系， 将调节环与机匣位置互换一下， 也可以得到类 似的运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构。 0018 该调节机构以 SPS（球铰副 - 螺旋副 - 球铰副） 为主动支路且活塞副为驱动副。
13、， 万 向副 - 转动副 - 转动副 （URR） 与转动副 - 转动副 - 万向副 （RRU） 为被动支路 ； 调节环可实 现空间内的两个转动自由度和一个移动自由度 ； 其中一个转动自由度是调节环可绕第一被 动支路的第一万向副的第一根转动轴线转动， 另一个转动自由度是调节环可绕第三被动支 路的第三万向副的第一转动轴线转动 ； 第一上转动副的轴线与第三被动支路第三上转动副 的轴线的公垂线方向移动。 技术效果 0019 与现有技术相比， 本发明调节环能实现绕上述转动轴线的纯转动， 而不产生伴随 的移动 ； 调节环能实现沿上述移动方向的纯移动， 而不产生伴随的转动。 由此可知该机构运 动完全解耦， 。
14、故其具有运动求解较、 控制较易的优点。 0020 由于含有比原有机构 （3-PRS/3-SPS 或 3-PRS/3-SPS） 更少的球铰副 S， 故其结构简 单， 制造精度要求可以降低， 制造成本也可以降低。 附图说明 0021 图 1 为本发明结构示意图。 0022 图 2 为实施例尾喷管整体结构图。 具体实施方式 0023 下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例 1 0024 如图 1 所示， 图 1 示出六条分支和调节环 M， 尾喷管的其它部分未示出 ； 如。
15、图 2 尾 说 明 书 CN 103291493 A 4 3/3 页 5 喷管整体结构图， 其中 ： 调节环 M 通过六个分支与机架 F（即机匣） 并联连接 ： 0025 本实施例中 ： 第一被动支路I中， 第一万向副U1连接机架F与第一下连杆11， 第一 下转动副 R1a连接第一下连杆 11 与第一上连杆 12， 第一上转动副 R1b连接第一上连杆 12 与 调节环 M ； 0026 第二被动支路II中， 第二万向副U2连接机架F与第二下连杆21， 第二下转动副R2a 连接第二下连杆 21 与第二上连杆 22， 第二上转动副 R2b连接第二上连杆 22 与调节环 M ； 0027 第三被动支。
16、路 III 中， 第三下转动副 R3a连接机架 F 与第三下连杆 31， 第三上转动 副 R3b连接第三下连杆 31 与第三上连杆 32， 第三万向副 U3连接第三上连杆 32 与调节环 M ； 0028 第一主动支路 IV 中， 第一下球铰副 S1a连接机架 F 与第四下连杆 41， 第一移动副 P1连接第四下连杆 41 与第四上连杆 42， 第一上球铰副 S1b连接第四上连杆 42 与调节环 M ； 0029 第二主动支路 V 中， 第二下球铰副 S2a连接机架 F 与第五下连杆 51， 第二移动副 P2 连接第五下连杆 51 与第五上连杆 52， 第二上球铰副 S2b连接第五上连杆 52。
17、 与调节环 M ； 0030 第三主动支路 VI 中， 第三下球铰副 S3a连接机架 F 与第六下连杆 61， 第三移动副 P3连接第六下连杆 61 与第六上连杆 62， 第三上球铰副 S3b连接第六上连杆 62 与调节环 M ； 其中各分支的运动副满足如下关系 ： 0031 第一被动支路中第一万向副 U1的第二根转动轴线、 第一下转动副 R1a、 第一上转动 副 R1b转动副轴线相互平行 ； 0032 第二被动支路中第二万向副 U2的第二根转动轴线、 第二下转动副 R2a、 第二上转动 副 R2b转动副轴线相互平行 ； 0033 第三被动支路中的第三下转动副 R3a、 第三上转动副 R3b转。
18、动副轴线以及第三万向 副 U3的第二根转动轴线相互平行 ； 0034 第一被动支路中的第一万向副 U1与第二被动支路中的第二万向副 U2， 以第三被动 支路中的第三下转动副 R3a为基准对称布置 ； 0035 第一被动支路中第一万向副 U1的第一根转动轴线与第三被动支路中第三下转动 副 R3a的轴线相互平行 ； 0036 第一被动支路中第一上转动副 R1b的轴线与第三被动支路中第二万向副 U2的第一 根转动轴线相互平行 ； 0037 第一被动支路中第一万向副 U1的第一根转动轴线与第二被动支路中第二万向副 U2的第一根转动轴线共线 ； 0038 第一被动支路中第一上转动副R1b的轴线平行于第二被动支路中第二上转动副R2b 的轴线。 0039 所述的第一至第三主动支路的三根移动副 P1、 P2、 P3为主动副转动副 ； 主动移动副 的驱动是电机带动的丝杆机构或液压系统。 0040 所述第一被动支路中第一万向副 U1的第一根转动轴线、 第二被动支路中第二万向 副 U2的第一根转动轴线以及第三被动支路中第三下转动副 R3a的轴线均平行于机匣 F 所在 的平面。 说 明 书 CN 103291493 A 5 1/2 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103291493 A 6 2/2 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103291493 A 7 。