一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机

1.本发明涉及压电作动器技术领域，具体为一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机。


背景技术：

2.舵机作为智能弹药弹道修正的主要执行机构，其性能的好坏在很大程度上影响着弹丸制导效果。考虑到稳定性和成熟度的因素，目前智能弹药中普遍采用电动舵机，但该类舵机在使用时产生的磁场会对电磁传感器产生干扰，同时也存在着精度低、带宽窄和体积重量大等缺陷，尤其是当用于某些依靠旋转稳定的高旋制导弹药，由于舵机内部轴承摩擦力的存在，出炮口后的弹道初期转动部会随着弹体一起高速旋转，如果无法及时的弹道修正，则导致弹药偏移弹道，使弹药无法按照预设的弹道飞行，造成弹药打击精度低下。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述和/或现有弹药发射中存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明的目的是提供一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机，采用双模式的工作方式，弹道初期舵机工作在减旋模式下，舵片在气动力作用下产生较大的舵偏角，使舵环进行快速减旋；弹道中后期舵机工作在纠偏模式下，舵片在压电梁驱动下产生修正力矩与旋转隔离力矩，为弹丸姿态调整提供所需的气动力矩，使得弹药稳定按照预设的弹道飞行。
6.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机，其包括：固定组件，包括中空轴、设置在所述中空轴左端的接收机、与所述中空轴右端的螺纹安装圈同轴连接的连接仓、设置在所述连接仓内部的电磁吸盘和设置在所述螺纹安装圈左端面的第一弹性部件；弹道旋转修正组件，包括通过轴承与所述中空轴同轴连接的舵环、环绕设置在所述中空轴外壁上的第一滑动环和第二滑动环、位于所述第一滑动环左端与舵环左侧内壁之间的第二弹性部件、安装在所述第一滑动环与第二滑动环之间的柔性支撑柱、设置在第一滑动环和第二滑动环之间且沿周向等距分布的四个压电梁，与所述压电梁的右端转动连接的转动片和位于所述舵环的外部，并跟随所述转动片同步转动的舵片；磁吸滑动组件，包括位于连接仓内并与所述电磁吸盘同轴连接且可沿着连接仓内壁滑动的限位仓和套设在中空轴的外壁上且分别与所述与所述限位仓和第二滑动环连接的滑动仓，并且所述滑动仓的右端面与第一弹性部件连接。
7.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述连接仓的右端面开设有定位孔，所述电磁吸盘的右端面开设有与所述定位孔同轴心的螺纹孔。
8.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述第一弹性部件和所述第二弹性部件均为波簧。
9.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述连接仓的左端具有连接柱，所述滑动仓的右端具有通过螺栓与所述连接柱的外壁连接的卡接部。
10.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述第一滑动环的右侧壁开设有第一安装孔，所述第二滑动环的左侧壁开设有与所述第一安装孔相对的第二安装孔，所述柔性支撑柱左端延伸固定在所述第一安装孔内，右端延伸固定在所述第二安装孔内。
11.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述第一滑动环的右侧壁开设有第一矩形槽，所述第一矩形槽的内壁开设有贯通的第一轴孔；所述第二滑动环的左侧壁开设有第二矩形槽，所述第二矩形槽的内壁开设有贯通的第二轴孔；所述压电梁包括压电片、与所述压电片左端连接的简支端转轴和与所述压电片右端连接的滑动端转轴；其中，所述简支端转轴位于所述第一矩形槽内，且简支端转轴具有插入至所述第一轴孔内的第一轴柱，所述滑动端转轴位于所述第二矩形槽内，且滑动端转轴具有插入至所述第二轴孔内的第二轴柱。
12.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述转动片具有方形槽和与所述方形槽连通的偏置槽，所述第二轴柱上具有延伸至所述方形槽内的方形柱。
13.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述转动片还具有穿过铜环上的中孔与舵片连接的连接轴。
14.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中所述限位仓由导磁金属材料制成。
15.作为本发明所述的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的一种优选方案，其中，所述中空轴内部为空心结构，且该空心结构内安装有电池和微控制板。
16.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明采用双模式的工作方式，弹道初期舵机工作在减旋模式下，舵片在气动力作用下产生较大的舵偏角，使舵环进行快速减旋，弹道中后期舵机工作在纠偏模式下，舵片在压电梁驱动下产生修正力矩与旋转隔离力矩，为弹丸姿态调整提供所需的气动力矩，使得弹药稳定按照预设的弹道飞行，并且在弹丸飞行初期，片在气动力作用下产生较大的舵偏角，使舵环进行快速减旋，舵片偏转对压电梁无附加力矩产生，压电梁无需通电即可实现舵环的快速减旋，从而提高了系统的可靠性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机第一状态的结构示意图；图2为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机第二状态的结构示意图；图3为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的固定组件的结构示意图；图4为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的弹道旋转修正组件的结构示意图；图5为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的磁吸滑动组件的结构示意图；图6为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的第一滑动环的结构示意图；图7为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的第二滑动环的结构示意图；图8为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的压电梁、转动片和舵片处于第一状态的结构示意图；图9为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的压电梁、转动片和舵片处于第二状态的结构示意图；图10为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的压电梁、转动片和舵片处于第三状态的结构示意图；图11为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的滑动端转轴的结构示意图；图12为本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的转动片的结构示意图。
具体实施方式
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
19.其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
21.本发明提供一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机，采用双模式的工作方
式，弹道初期舵机工作在减旋模式下，舵片在气动力作用下产生较大的舵偏角，使舵环进行快速减旋；弹道中后期舵机工作在纠偏模式下，舵片在压电梁驱动下产生修正力矩与旋转隔离力矩，为弹丸姿态调整提供所需的气动力矩，使得弹药稳定按照预设的弹道飞行。
22.图1-图12示出的是本发明一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机一实施方式的结构示意图，请参阅图1-图12，本实施方式的一种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机，其主体部分包括固定组件100、弹道旋转修正组件200和磁吸滑动组件300。
23.固定组件100用于安装弹道旋转修正组件200和磁吸滑动组件300，具体的，在本实施方式中，固定组件100包括中空轴110、设置在中空轴110左端的接收机120、与中空轴110右端的螺纹安装圈110a同轴连接的连接仓130、设置在连接仓130内部的电磁吸盘140和设置在螺纹安装圈110a左端面的第一弹性部件150，连接仓130的外壁与弹体连接，作为优选，在本实施方式中，连接仓130的右端面开设有定位孔130a，电磁吸盘140的右端面开设有与定位孔130a同轴心的螺纹孔140a，通过螺钉连接的方式将定位孔130a与螺纹孔140a连接，从而将电磁吸盘140固定在连接仓130内，中空轴110内部为空心结构，且该空心结构内安装有电池和微控制板。
24.弹道旋转修正组件200用于与磁吸滑动组件300配合对弹丸姿态调整提供所需的气动力矩，在本实施方式中，弹道旋转修正组件200包括通过轴承与中空轴110同轴连接的舵环210、环绕设置在中空轴110外壁上的第一滑动环220和第二滑动环230、位于第一滑动环220左端与舵环210左侧内壁之间的第二弹性部件240、安装在第一滑动环220与第二滑动环230之间的柔性支撑柱250、设置在第一滑动环220和第二滑动环230之间且沿周向等距分布的四个压电梁260，与压电梁260的右端转动连接的转动片270和位于舵环210的外部，并跟随转动片270同步转动的舵片280，具体的，第一滑动环220的右侧壁开设有第一矩形槽220b，第一矩形槽220b的内壁开设有贯通的第一轴孔220c，第二滑动环230的左侧壁开设有第二矩形槽230b，第二矩形槽230b的内壁开设有贯通的第二轴孔230c，压电梁260包括压电片260a、与压电片260a左端连接的简支端转轴260b和与压电片260a右端连接的滑动端转轴260c，其中，简支端转轴260b位于第一矩形槽220b内，且简支端转轴260b具有插入至第一轴孔220c内的第一轴柱260b-1，滑动端转轴260c位于第二矩形槽230b内，且滑动端转轴260c具有插入至第二轴孔230c内的第二轴柱260c-1，转动片270具有方形槽270a和与方形槽270a连通的偏置槽270b，第二轴柱260c-1上具有延伸至方形槽270a内的方形柱260c-2，转动片270具有穿过铜环上的中孔与舵片280连接的连接轴270c，当第二滑动环230沿着中空轴110的外壁向靠近连接仓130的方向滑动时，第二滑动环230带动第一滑动环220和压电梁260一同向连接仓130的方向滑动，并且滑动端转轴260c上的方形柱260c-2从方形槽270a进入至偏置槽270b内，带动转动片270翻转，当压电片260a通电，发生弯曲变形时，压电片260a拉动第一滑动环220和第二滑动环230相互靠近，此时，滑动端转轴260c上相对第二轴孔230c旋转，带动方形柱260c-2旋转，方形柱260c-2在方形槽270a内带动转动片270旋转，使得舵片280跟随转动片270旋转。作为优选，在本实施方式中，第一弹性部件150和第二弹性部件240均为波簧，第一滑动环220的右侧壁开设有第一安装孔220a，第二滑动环230的左侧壁开设有与第一安装孔220a相对的第二安装孔230a，柔性支撑柱250左端延伸固定在第一安装孔220a内，右端延伸固定在第二安装孔230a内。
25.磁吸滑动组件300用于带动第二滑动环230相对中空轴110滑动，具体的，磁吸滑动
组件300包括位于连接仓130内并与电磁吸盘140同轴连接且可沿着连接仓130内壁滑动的限位仓310和套设在中空轴110的外壁上且分别与与限位仓310和第二滑动环230连接的滑动仓320，并且滑动仓320的右端面与第一弹性部件150连接，在电磁吸盘140通电时，此时电磁吸盘140对限位仓310产生吸附力，限位仓310与电磁吸盘140吸合，滑动仓320带动第二滑动环230向连接仓130的方向移动，在电磁吸盘140断电后，磁吸滑动组件300在第一弹性部件150的回弹作用下，恢复至原来状态。作为优选，在本实施方式中，连接仓130的左端具有连接柱310a，滑动仓320的右端具有通过螺栓与连接柱310a的外壁连接的卡接部320a，且限位仓310由导磁金属材料制成。
26.结合图1-图12，对该种用于高旋弹弹道修正的四通道压电舵机的修正原理进行具体说明：由于舵机内部轴承摩擦力的存在，出炮口后的弹道初期舵环210会随着弹体一起高速旋转，为了实现弹道修正，首先需要快速地将舵环210的转速降下来，该过程为舵机的旋转隔离，此时舵机处于减旋的工作模式，如图2所示，此工作模式下，电磁吸盘140处于通电状态，对限位仓310产生吸附力，限位仓310与电磁吸盘140吸合，滑动仓320带动第二滑动环230向连接仓130的方向移动，在第二滑动环230沿着中空轴110的外壁向靠近连接仓130的方向滑动时，第二滑动环230带动第一滑动环220和压电梁260一同向连接仓130的方向滑动，并且滑动端转轴260c上的方形柱260c-2从方形槽270a进入至偏置槽270b内，带动转动片270翻转，该状态下压电片260a无需通电，四片舵片280在气动力的作用下产生较大的舵偏角，从而获得较大的气动导转力矩使舵环210快速减旋，四片舵片280的偏转方式如图8所示；当舵环210转速降低到特定的速度平衡转速时，弹丸进入弹道修正工作模式，此时需要使舵机产生指向所需方向的修正力。该模式下电磁吸盘140断电，弹道旋转修正组件200和吸滑动组件300回复至如图1所示的原始状态，并且如图9所示，滑动端转轴260c上的方形柱260c-2从偏置槽270b重新回复至方形槽270a内，随后如图10所示，压电片260a通电发生弯曲变形，压电片260a拉动第一滑动环220和第二滑动环230相互靠近，此时，滑动端转轴260c上相对第二轴孔230c旋转，带动方形柱260c-2旋转，方形柱260c-2在方形槽270a内带动转动片270旋转，使得舵片280跟随转动片270旋转，通过改变压电梁的供电方式可调整舵偏角的大小和方向，该模式下，可由一组反对称舵提供减旋力矩使舵环210隔旋，另一组对称舵提供修正力矩，从而使弹丸飞行过程中实时进行姿态调整，并按照预设的弹道飞行。
27.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。