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在运载火箭上，伺服机构与发动机一起构成各级推力矢量控制系统，跟随电子指令运动，对火箭进行姿态控制。国外多将伺服机构直接称为推力矢量控制子系统（TVC Subsystem），由于主流技术方案是电液控制，也称作液压系统（Hydraulic System）。典型的火箭子级伺服机构系统构成如图所示。

火箭姿控系统的伺服机构是集精密机械、电子技术、液压控制和(或)气动控制为一体的执行机构，是火箭的“手脚”。

它严格按照惯性敏感器件测得并经箭载计算机处理的姿态信号经过变换和高倍功率放大转换为机械运动，用机械力去操纵负载(发动机、喷管或燃气舵)以达到准确地纠正火箭飞行路线偏差和控制火箭的飞行姿态(俯仰、偏航或滚转)从而使火箭稳定准确地按预定轨道飞行。

火箭舵机的执行机构是由电液伺服系统来控制的，用阀控电液伺服系统控制的火箭舵机工作原理如图所示。

通常来说，火箭控制采用阀控式电液伺服系统或容积式控制系统。对舵机控制用电液伺服系统的要求是：

①能适应起飞或正常飞行期间的恶劣工作条件；

②在规定的工作时间内无故障地完成飞行任务的前提下，尽量采用简单结构；

③具有先进性，采用已有型号上伺服系统的先进技术，并研制最新技术；

④结构紧凑、重量轻；

⑤测试方便并满足火箭自动测试要求，以缩短发射时间，提高火箭生存能力和可靠性；伺服系统的元件、材料和整机系统在长期储存中，在工作时或不工作时在很少维护的条件下，能经得起周围环境考验，保证性能不下降，工艺性和经济性好。

载人运载火箭对伺服机构的最突出要求是高可靠性。载人运载火箭飞行可靠度指标至少为 0.97，分解到伺服机构单个摇摆方向上至少在 0.999 以上，比一般火箭高了一个数量级，并且要求具备典型失效模式的至少“一度故障容错能力”。

配套教学伺服系统视频见文末

伺服阀节流控制向伺服电机数字控制转变是当今航天航空伺服机构技术发展的基本趋势。其突出特点是取消传统上易发生污染堵塞故障的伺服阀，易实现整体化设计，可显著提高产品的固有可靠性及使用维护方便性。

典型的新型产品有三类：机电伺服机构（EMA，ElectroMechanical Actutors）、 机电静压伺服机构（EHA，ElectroHydraulic Actuators） 和容积式伺服机构（IAP，Integrated Actuation Package）。

由于电液伺服阀的频带很宽，因此允许系统选取较高的增益，系统频带易于展宽，动态响应快。但是也存在着不足，即：

1)电液伺服阀对传动介质要求高，污染的油液会使元件和机构磨损而降低其性能，甚至堵塞，使电液伺服阀不能正常工作，而且火箭系统的高温也会使元件受影响，系统容易出现故障。

2)阀控系统无法避免节流损失和溢流损失所造成的系统温升高、散热难、效率较低的问题。

具有功率损失小，效率较高，节能等优点，但固有频率较低，响应速度慢，调速范围小，而且系统对外负载变化、油液污染等各种干扰非常敏感，同时变量泵的机械结构复杂，其伺服机构对传动介质要求高，价格也较高，总效率普遍低于定量泵的效率，在火箭控制系统中应用较少。

则具有高效节能、小型集成化、操作与控制简单、价格便宜并具有环保的优势，克服了传统电液伺服系统的缺点，具有重要的实用价值，国外已经在精密锻压机、注塑机、船舶舵机和减摇装置、连铸设备、印刷机、六自由度平台、液压成型机等装置上采用这种伺服系统，并且取得了很大的经济效益。

在火箭控制中应用的优点：

1)不使用对传动介质及过滤精度要求较高的液压伺服元件，系统故障几率减小，提高火箭控制系统运行的可靠性；

2)伺服系统中的液压油泵可以选用价格低廉、可靠性高的定量泵。定量泵的效率受流量和压力的影响较小，在多种运行参数下均具有高的效率。由于伺服机构在火箭发射后最终要被抛离，所以选用适合的元件可以节省费用；避免了节流和溢流损失，提高了系统效率；

3)伺服系统中的伺服电动机和液压油缸可以做到较为理想的功率匹配，并且在工作过程中，伺服电动机和液压油泵长期在额定转速或低于额定转速的情况下运行，节能效果显著。另外油箱的体积可以很小，系统体积减小，有效地减轻火箭整体重量：

4)伺服系统中的元件数目少，可以实现高度集成化，体积小、重量轻、效率高；

5)伺服系统中的管道少，可极大地消除管道对伺服系统的影响，不存在系统高压化引起的管路振动问题。

[1]曾广商,赵守军,张晓莎.我国载人运载火箭伺服机构技术发展分析[J].载人航天,2013,19(04):3-10+44.DOI:10.16329/j.cnki.zrht.2013.04.004.

[2]姜继海,涂婉丽,曹健,等.火箭舵机用直驱式容积控制电液伺服系统的研究[J].流体传动与控制,2005,(01):16-19.

[3]姜继海,刘海昌,石立,等.液压蓄能器在火箭姿态伺服控制中的应用探讨[J].液压气动与密封,2005,(02):17-19.

 

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