[发明专利]一种基于球形多自由度压电驱动器的弹头偏转装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹头偏转装置，特别是一种基于球形多自由度压电驱动器的弹头偏转装置。

背景技术

弹头偏转式弹道修正，是指在弹丸飞行过程中驱动器驱动弹头偏离弹体轴线，偏转后弹头迎风面和背风面存在压差，由此产生了修正弹道所需的控制力和控制力矩，进而改变弹丸的飞行姿态，以达到修正落点的目的。与目前应用较广的鸭舵式和脉冲发动机式相比，弹头偏转式弹道修正具有更好的气动特性和更高的控制效率。目前已有的弹头偏转机构主要分为压电陶瓷杆式、磁致伸缩式、斜盘式、蜗轮蜗杆式。

压电陶瓷杆式弹头偏转机构在弹头内部与弹轴平行方向环绕弹体均匀布置了数根压电陶瓷杆，利用压电陶瓷的逆压电效应控制陶瓷杆伸长或缩短，从而带动弹头偏转。但由于压电陶瓷形变量小，无法提供较大的弹头偏角，若加上复杂的位移放大机构，会使整体结构不够紧凑。

磁致伸缩式偏转机构内置三根磁致伸缩棒两两相距120°对称分布，并通过球形铰链与弹体相连，在磁场的作用下磁致伸缩棒发生形变，以带动弹头偏转。但与压电陶瓷杆相同，磁致伸缩棒形变量小，弹头偏角小，且该机构易受电磁干扰。

斜盘式偏转机构在弹头和弹体上有两个可以相对转动的斜盘，通过滚珠轴承连接，两台直流伺服电动机用来驱动上下两个斜盘转动，弹头偏角由自动驾驶仪的指令确定。其采用了两个电机共同驱动，整体尺寸大且控制较复杂，部分驱动机构固连于弹头，增加了可偏转机构质量。

蜗轮蜗杆式偏转机构通过一对外啮合齿轮将电机的转动传递给蜗杆，在通过蜗轮蜗杆机构将蜗杆的旋转运动转化为蜗轮的摆动以带动弹头偏转。该机构自锁能力好，但只能实现单自由度偏转，通过在弹丸的一个转动周期内弹头连续换向来实现二维弹道修正，控制复杂且效率低。

由上可知，现有的弹头偏转装置存在结构复杂且整体尺寸大、控制方法不够简便、无法提供较大的弹头偏角且控制效率低、易受电磁干扰等缺陷。因此，目前急需一种结构简单、控制方便、输出力矩大且不受电磁干扰的弹头偏转装置，但是现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于球形多自由度压电驱动器的弹头偏转装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于球形多自由度压电驱动器的弹头偏转装置，包括可偏转弹头、多功能螺旋柱、弹体、偏转连接机构、球形多自由度压电驱动器、滚转机构；

所述可偏转弹头和弹体通过多功能螺旋柱相连，多功能螺旋柱与可偏转弹头的接触面为球面，多功能螺旋柱和弹体通过螺纹连接；所述球形多自由度压电驱动器位于弹体的前端，球形多自由度压电驱动器通过偏转连接机构带动可偏转弹头转动，滚转机构位于多功能螺旋柱和球形多自由度压电驱动器之间，用于抵消球形多自由度压电驱动器的预紧力在弹体轴线上的分力。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的基于球形多自由度压电驱动器的弹头偏转装置结构简单紧凑，适用于中小口径弹药；2)本发明的球型多自由度压电驱动器能实现多自由度运动，无需控制弹头在一个转动周期内来回摆动，控制方法简单；3)本发明的球型多自由度压电驱动器输出力矩大，能实现较大的弹头偏角；4)本发明的球型多自由度压电驱动器不产生磁场，也不受电磁干扰，适用于需要不受电磁干扰的场合。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的偏转驱动装置局部剖视图。

图2为本发明的球形多自由度压电驱动器俯视图。

图3为本发明的压电驱动器带有预紧导向功能的定子机构剖视图。

图4为本发明中滚转机构结构图。

图5为本发明中定子的面外弯曲模态图。

图6为本发明中定子驱动球转子示意图。图中Fn为定转子预紧力，V_d为定子行波运动方向，V_r为转子运动方向。

图中标号所代表的含义为：1.可偏转弹头，2.十字连接件，3.连接杆，4.多功能螺旋柱，4-a.球面环形槽，5.弹体，6.偏转连接机构，7.底座，8.球形多自由度压电驱动器，9.滚转机构，10.夹持环，11.滚珠，12.球转子，13.摩擦衬垫，14.定子弹性体，15.压电陶瓷片，16.螺纹圆板，17.支撑板，18.带预紧导向功能的定子机构，19.定子导向轴，20.碟形弹簧，21.调整螺母。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种基于球形多自由度压电驱动器的弹头偏转装置，包括可偏转弹头1、多功能螺旋柱4、弹体5、偏转连接机构6、球形多自由度压电驱动器8、滚转机构9；