[科普中国]-摆动发动机

摆动发动机是指整台发动机或推力室可绕转轴摆动的火箭发动机。摆动发动机提供推力矢量控制力矩。它可由两台以上的发动机并联组成机组，或由一台涡轮泵洪应4台可摆动的推力室组成四推力室发动机。

简介摆动发动机又称摇摆发动机。整台发动机或推力室可绕转轴摆动的火箭发动机。摆动发动机提供推力矢量控制力矩。它可由两台以上的发动机并联组成机组，或由一台涡轮泵洪应4台可摆动的推力室组成四推力室发动机。摆动发动机可分为低压泵前整机摆动和高压泵后推力室摆动两种。固体火箭发动机常用喷管摆动进行推力矢量控制。摆动发动机提供的控制力矩大，发动机比冲几乎役有损失、在液体火箭上被广泛应用。发动机通过万向节(常平座)或万向架(常平架)与发动机机架或弹体承力构件连接，起摇摆与传递推力的作用1。

摇摆式发动机的工作原理英国发明了一种楔型活塞，工作时摇摆活动的发动机。这种发动机的活塞工作时不是上下运动，而是像摆钟式的向两边摇摆，使固定在飞轮上的曲轴旋转。这种新颖的发动机只需3个活动部件：一副活塞、一根曲轴和一个飞轮。与普通发动机相比，该机燃料可节省一半，体积缩小为八分之一，制造成本只有五分之一2。

框架式双向摇摆发动机的提出背景我国运载火箭三级主发动机是在两台电液伺服系统的共同作用下，通过作动器实现发动机双向摆动，美国Peacekeeper弹道导弹第四级为实现弹道平移机动也采用摇摆推力室，这些都是改变推力的方向，使发动机的推力在其主轴的垂直方向产生侧向分力，形成控制力和控制力矩，实现航天器轨道改变。此外，提供发动机摇摆采用的液压伺服机构，关键部件电液伺服阀性能要求高、加工调试周期长、成本高，伺服阀对油液中的污染物比较敏感，提供相同功率需要伺服机构的质量大，这些因素都制约液压伺服机构在航天器上的应用。为解决发动机综合摆角小的问题，提出框架式结构的发动机双向摇摆的方案2。

双向摇摆发动机的框架结构双向摇摆发动机的框架式结构类似于陀螺仪，将两台伺服系统分别安装在框架上和飞行器本体上，其转动轴分别与发动机摇摆轴和框架轴相连接，发动机通过轴承连接在框架上3。

双向摇摆发动机的控制原理驱动发动机双向摇摆的两台电机安装在相互垂直的方向上，分别提供俯仰和偏航两个方向的转动控制力矩，两套伺服系统组成和原理相似，主要由动力部分、反馈环节、控制器三大部分组成。来自控制系统计算机的模拟指令电压u，与输出轴相连的角度传感器输出的反馈电压相减产生误差信号，经过控制算法得出输出量，并进行放大。最后通过输出口送给电机驱动器，产生电机的驱动电流。电机按控制量的大小和极性转动，并通过减速器使输出轴产生相应的力矩和速度。发动机或框架通过输出连接机构与伺服系统相连，发动机或框架的摆

动使角度传感器产生反馈电压的变化，使误差信号减小，从而形成位置负反馈，实现发动机(框架)按照指令规定的运动特性摆动，即达到发动机(框架)摆动跟踪指令变化之目的1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所