一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构

技术领域

本发明属于飞行器技术，具体涉及一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构。

背景技术

在传统弹药制导化改造升级的众多方案中，在原有的普通的炮弹基础上加装弹道修正装置，对飞行中的炮弹轨迹进行主动控制，可节省大量的研发设计和制造费用，同时有利于减少库存，因此是一种比较有前景的低成本弹药制导化方案。

目前，各国推出的鸭式舵弹道修正组件的控制执行机构主要两种：固定鸭式舵和可动鸭式舵。固定鸭式舵的舵片角度是不可变的，主要通过绕弹轴滚转实现控制力的方向变化，一般受到舵偏角度的限制修正能力有限；可动鸭式舵通过舵机驱动舵片偏转，能够对舵偏角度进行改变，修正能力相对较大，舵片驱动需要额外的执行机构，结构复杂。另外，对于常规高速旋转炮弹主要利用自身旋转来确保飞行稳定性，若要实现舵翼的速度和相位控制，按照常规办法就需抗高过载高速步进电机来补偿制导组件受弹体自旋速度的影响，附带调控装置及电源模块等，重量大成本高。

发明内容

本发明提出了一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构，通过电磁阻尼机构实现舵片相位控制，利用电磁铁实现舵偏角控制，以低成本的方式实现了固定鸭式舵和可动鸭式舵融合。因其兼具两种鸭式舵的特点，可适应更为广泛的制导律，进一步扩宽常规弹药制导改进的适用种类，对提高常规弹药精确打击高价值目标的能力，提高作战效费比，具有重要意义。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构，包括风帽、摆锤、连接转轴、轴承套筒、电磁阻尼环、调速电磁铁、两个减旋舵片、两个方向舵片、一对转向电磁铁、两个角接触轴承；两个减旋舵片和两个方向舵片等间隔均匀交替环布于风帽的圆弧外壁上，中心摆轴上端固定在风帽内壁顶面中心，中心摆轴通过销与连接转轴连接，使得风帽可随连接转轴自旋，同时风帽还能绕销摆动，通过连接转轴和中心摆轴的共同旋转和摆动实现舵片相位控制和舵偏角控制；摆锤设置在中心摆轴的下端，一对转向电磁铁、电磁阻尼环、两个角接触轴承和调速电磁铁均设置在风帽内。

连接转轴自上而下依次连接的一对支架、一个平台和一根直径递减的四阶转轴，一对支架对称设置，其上分别设有销孔通过销连接中心摆轴，平台上不对称安装一对转向电磁铁，初始位置时刻，中心摆轴下端的摆锤的几何中心与连接转轴中心轴重合，并与一侧转向电磁铁吸合，摆锤摆动时不与平台顶面以及支架发生干涉；通过改变转向电磁铁的电流方向、大小和频率以改变摆锤的位置，从而驱动风帽摆动，最终改变方向舵片的舵偏角；四阶转轴自上而下依次为第一阶轴、第二阶轴、第三阶轴、第四阶轴，第二阶轴上设有两个角接触轴承，轴承内圈与第二阶轴过盈配合，第三阶轴上固连有调速电磁铁，电磁阻尼环的上端与轴承套筒内壁固连，且调速电磁铁位于电磁阻尼环内，风帽的自旋速度及相位由电磁阻尼环与调速电磁铁产生的磁力矩以及减旋舵片产生的滚转力矩共同控制，最终控制方向舵片和减旋舵片的自旋速度和位置。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)采用电磁阻尼环替代传统高速步进电机，结构更加紧凑，驱动更加简单方便，重量更轻，成本更低。

(2)结合了可动鸭式舵操控性强和固定鸭式舵操控简单的优点，可适应的制导律更为广泛。以较低的代价和成本解决了高旋转弹体飞行时所需要的法向控制力的全周向转动，利于修正弹的姿态调整，提高修正效率，使得炮弹的打击精度更高。

(3)机构避开使用永磁体材料，解决由于发射过程高过载环境下，永磁体受冲击退磁，造成功能失效的问题。

附图说明

图1是根据发明提出的一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构的风帽外形结构示意图，其中(a)图为主视图，(b)图为(a)图的俯视图。

图2是根据发明提出的一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构的结构示意图。

图3是根据发明提出的一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构的调速电磁铁结构示意图，其中(a)图为俯视图，(b)图为主视图。

图4是根据发明提出的一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构的连接转轴结构示意图，其中(a)图为主视图，(b)图为侧视图，(c)图为局部剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。

下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。

结合图1～图4，为了以低成本方式实现常规弹药制导化改造，本发明提出了一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构，包括风帽1、摆锤6、连接转轴10、轴承套筒11、电磁阻尼环12、调速电磁铁13、两个减旋舵片2、两个方向舵片3、一对转向电磁铁7、两个角接触轴承9。两个减旋舵片2和两个方向舵片3等间隔均匀交替环布于风帽1的圆弧外壁上，中心摆轴4上端固定在风帽1内壁顶面中心，中心摆轴4通过销5与连接转轴10连接，使得风帽1可随连接转轴10自旋，同时风帽1还能绕销5摆动，摆锤6设置在中心摆轴4的下端。

为了实现固定鸭式舵和可动鸭式舵融合，本发明通过连接转轴10和中心摆轴4的共同旋转和摆动实现舵片相位控制和舵偏角控制，因为方案中采用阻尼环的方式取代了抗高过载高速步进电机，极大的降低了成本，减小修正机构的重量。所述连接转轴10自上而下依次连接的一对支架、一个平台和一根直径递减的四阶转轴，一对支架对称设置，其上分别设有销孔通过销5连接中心摆轴4，平台上不对称安装一对转向电磁铁7，初始位置时刻，中心摆轴4下端的摆锤6的几何中心与连接转轴10中心轴重合，并与一侧转向电磁铁7吸合，摆锤6摆动时不与平台顶面以及支架发生干涉。通过改变转向电磁铁7的电流方向、大小和频率以改变摆锤6的位置，从而驱动风帽1摆动，最终改变方向舵片3的舵偏角；四阶转轴自上而下依次为第一阶轴、第二阶轴、第三阶轴、第四阶轴，第二阶轴上设有两个角接触轴承9，轴承内圈与第二阶轴过盈配合，第三阶轴上固连有调速电磁铁13，电磁阻尼环12的上端与轴承套筒11内壁固连，且调速电磁铁13位于电磁阻尼环12内，风帽1的自旋速度及位置由电磁阻尼环12与调速电磁铁13产生的磁力矩以及减旋舵片2产生的滚转力矩共同控制，最终控制方向舵片3和减旋舵片2的自旋速度和相位。

两个减旋舵片2和两个方向舵片3呈“十字”对称交替分布于风帽1的圆弧外壁上，其中减旋舵片2具有反对称攻角，方向舵片3攻角对称，亦可攻角为零；中心摆轴4沿风帽1的中心轴线固连在风帽1的内壁顶面，中心摆轴4下端连接铁磁性材料摆锤6，配合转向电磁铁7控制风帽1的摆动方向与频率，摆动方向与方向舵片3舵面法线方向一致，利用电磁铁作为动力源实现舵片舵偏角控制，取代传统可动式鸭舵的驱动舵机。

为了适应更多口径的弹药操控需要，本发明提出了转向电磁铁7绕组的设计参数。转向电磁铁7的铁芯为截面为正方形，为保证动作稳定，其绕组线圈导线的直径d和长度l满足以下关系：

式中u为工作电压，对于弹载系统一般取3.7V～12V；μ

同时考虑线圈发热及寿命，因而转向电磁铁7的绕组线圈导线长度l还应满足：

许用电流密度E

表1许用磁力系数

所述调速电磁铁13，由“十字”型的调速铁芯15和四段绕组8组成，调速铁芯15可由硅钢片叠成，四段绕组8安装在调速铁芯15的“十字”外端部。调速铁芯15中心开有方孔，用于与连接转轴10过渡配合，通过在调速电磁铁13设置限制垫片14以控制调速电磁铁13的轴向位置。限制垫片14可与连接转轴10铆接以获得较大的连接强度，确保调速电磁铁13连接稳定。

所述电磁阻尼环12的上端与轴承套筒11下端通过螺纹连接，通过轴承套筒11内的角接触轴承9实现了电磁阻尼环12与连接转轴10“隔转”，即调速电磁铁13可与电磁阻尼环12绕连接转轴10轴线独立旋转。电磁阻尼环12下部内圈与弹体固连随弹体旋转，通过调节调速电磁铁13上的电流大小，产生不同强度得磁场与电磁阻尼环12作用产生旋转阻尼力矩，旋转阻尼力矩与减旋舵片2的滚转力矩共同配合实现减旋舵片2和方向舵片3的旋转角度控制。

综上所述，本发明提出的一种基于电磁阻尼的二维弹道修正机构，可用于高旋转稳定弹药的弹道修正。通过电磁阻尼机构实现制导组舵片相位控制，利用电磁铁实现舵偏角的控制，以低成本的方式实现了固定鸭式舵和可动鸭式舵的融合。因其兼具两种鸭舵的特点，可适应的制导律更为广泛。以较低成本使传统弹药具有制导能力，提高弹药打击精度。