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更节能、更高效!Faulhaber微驱动满足极端环境应用高要求!

更节能、更高效!Faulhaber微驱动满足极端环境应用高要求!

近日,亚马逊创始人贝索斯太空旅行成功一事引起了热议,这也使得太空探索这一话题再次引起广泛关注。

众所周知,在预算紧缩的情况下,航天机构已开始频繁地寻求商业化航天部门来提供面向未来的运载火箭。现在,有些公司的确可以提供高度可靠、经济可行的运载火箭,然后将各种有效载荷送入地球轨道。

在太空探索中,控制成本非常重要,其中一种方法便是通过优化发射过程中的燃料燃烧来最大程度地减少浪费。

为此,市面上出现了一种专门研发的燃料调节阀,它可以确保在这种情况下实现最佳性能,它由Faulhaber生产的稳定可靠的伺服电机来驱动。

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现代运载火箭使用的是RP-1火箭料,它是一种高度精炼的煤油,需与氧气混合才能燃烧。在运载火箭上,4英寸的管道从RP-1和液态氧(LOX)罐中穿过,在进入燃烧室之前进行混合。  

RP-1的燃烧化学特性并不苛刻。在没有氧气的时候,燃料不会燃烧。但只要有氧气,两者不一定要以精确的比例结合。然而,问题是如果RP-1和液态氧的比例与最佳比例不同的话,要么氧气会在燃料之前耗尽,要么燃料在氧气之前用完。然而,一旦燃烧结束,残余物就会成为不必要的压舱物。为了避免这种情况发生,燃料调整阀需要实时调整混合物的配比。

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燃料调节阀位于发动机正上方,也就是RP-1燃料和液氧管道的边上,这样可以确保两个容器排放一致。

燃料配平装置由伺服电机控制的蝶阀组成。为了达到适当的速度和转矩,其设计含有减速比约为151:1的行星齿轮箱,再加上内部额外的齿轮单元。该团队对这些组件进行了鉴定,并留有较大的安全空间,以防止共模故障。电机的轴与阀门直接连接以便进行微调。

极端的操作条件

除了精度以外,大多数应用要求伺服电机具备高扭矩、高速度或小尺寸的特点。在燃料调节阀中,对电机的主要要求很简单:需胜任发射任务,特别是在第一阶段,会出现极端的冲击和振动。在火箭燃烧大约 3分钟内,发动机会产生大约440,000千牛的推力,其产生的巨大力量会直接作用于附近的燃料调节阀。

当工程团队开始检查燃料调节阀组件时,发现在振动测试后一个又一个电机开始失效。为了最大限度地减少故障点,他们将有刷电机换成了无刷电机。在这种情况下,最重要的标准是电机能否胜任这些工作环境?

这意味着,齿轮箱必须承受载荷,同时霍尔效应传感器必须确保不受损坏。总之,在这种极端恶劣的操作环境下,不允许出任何差错。为了寻找能经受住这些考验的电机制造商,工程师们发现了Faulhaber。

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第一火箭级包括五个引擎,其中每个都配有伺服电机,以确保燃料调节阀使燃料均匀燃烧。

火箭发动机不单单产生振动,还会产生热量。然而,和人们预期相反的是,热能管理在这种应用中并未带来特殊挑战。大部分热量辐射被反射掉了。有趣的是,工程师确实提到热问题是低温,不耐高温。例如,在第二阶段操作中,发动机可能只是短暂燃烧。然后飞行器在第二次燃烧阶段发生之前会滑行45分钟。此时,火箭已到达大气层之外,那里的温度可能相当低。

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Faulhaber直流无刷电机

为了控制成本和生产时间,应用过程需要尽可能地使用库存部件。不过,Faulhaber的部件无需增加外力来提高应用的稳定性,开发团队只需要订购标准产品即可。

工程师还使用Faulhaber快速样品程序,这样他们能快速获取所需样品。

审核编辑(
王妍
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