CN103072692A - 一种气动式高速投放装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种气动式高速投放装置属于一种飞行器领域，特别涉及一种置于狭窄空间内的气动式高速投放装置，该装置具备夹持和高速投放功能。气动式高速投放装置由投放装置和夹持装置组成，投放部件由双活塞杆四气口气缸、上活塞杆和下活塞杆组成。夹持部件包括两个同步轴、两个滚套、两个弯板、两个中转轴、两个下转轴、两个V型钳和两个拉伸弹簧。该装置可以在狭小安装空间和短小行程空间内实现大投放力、高速度和角度问题，并且分离与投放是同时进行的，不需要考虑分离与投放分别控制的问题。本发明将投放装置集成为一体，可以根据所需要的角度进行安装，安装方便，体积小巧，投放物的装夹极为便利。

Description

一种气动式高速投放装置

技术领域

本发明属于一种飞行器领域，特别涉及一种置于狭窄空间内的气动式高速投放装置，该装置具备夹持和高速投放功能。

背景技术

当前，飞行器发展要求自身具备轻载、隐身、高速等性能，通常需要在飞行过程中依据实际情况将投放物高速投放至地面，如物资、外挂物等。由于高速飞行中空气流动产生的扰流区会对投放物分离过程造成影响，严重的情况可能使投放物无法分离，撞击飞行器本身。所以，投放物必须以一定高的初速度和大的俯仰角投放出去，这就需要一种适用于高速投放的装置。同时，飞行器的隐身特性要求这种投放装置尺寸不能过大，以致暴露目标。总之，一般对这种投放装置的要求是：1、安装在狭窄空间内；2、可产生极大投放力；3、具备一定的分离速度和角度；4、方便夹持投放物。所以需要设计一套尺寸空间较小的机构，以满足投放力和速度、角度要求。但是，尺寸的减小和投放力的产生，获得一定速度和角度，甚至安装夹持之间有着不可回避的矛盾：尺寸减小，尤其是投放冲程的减小必然会影响机构的加速过程，使得投放力难以加速到满意程度；再者，各机构运动副的尺寸减小，机构运动空间少，会导致难以实现所需的角度和分离速度；再次，机构空间的减小势必造成安装夹持不便。

2008年，美国空军实验室的Rudy A. Johnson等人采用了双预紧弹簧提供投放力，投放物由爆炸螺栓支撑，通过螺栓起爆横截面断裂分离的投放方案。这种设计的优点是结构简单，弹簧有预紧力可在短冲程和时间内获得高速度，在分离同时弹簧施加投放力，缺点是爆炸螺栓起爆有一定安全隐患，并且安装后弹簧预紧力调整不方便，不能随时调整投放力大小。另一种主流解决方案是，在投放物表面安装一个释放销，通过另一个气动执行件在投放物安装时夹住释放销，投放中释放销分离，使投放物与气缸分离，同时前后两个气缸推动投放物，使其以一定的投放力和分离速度、角度投放出去。这种设计的优点是使用气动元件可保证投放安全性，避免爆炸螺栓起爆断裂造成安全隐患与时间控制不准确等问题，同时可以通过气动压力调节装置在一定范围内方便调整投放力，然而这种投放方式需要多个气动执行件来完成，尺寸较大，不适于狭窄空间内置安装，而且双气缸投放难以保证同步性，对投放速度和角度影响会较大，尤其是释放销的设计需要改变投放物表面形状，不适合对投放物表面要求高的场合。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺欠，发明了一种气动式高速投放装置，该装置采用了双活塞杆四气口气缸，改善了投放装置尺寸、投放力等问题之间的矛盾，该装置可以在狭小安装空间和短小行程空间内实现大投放力、高速度和设计角度，并且分离与投放是同时进行的，不需要考虑分离与投放分别控制的问题。本发明将投放装置集成为一体，可以根据所需要的角度进行安装，安装方便，体积小巧，投放物装夹极为便利。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是一种气动式高速投放装置，其特征是，该装置由投放部件Ⅰ和夹持部件Ⅱ组成；所述投放部件Ⅰ由双活塞杆四气口气缸1、上活塞杆2和下活塞杆3组成；所述夹持部件Ⅱ包括：两个同步轴4、两个滚套5、两个弯板6、两个中转轴7、两个下转轴8、两个V型钳9和两个拉伸弹簧10；

所述投放部件Ⅰ中的双活塞杆四气口气缸1有上气孔A、下气孔B，在中部有上中气孔C和下中气孔D；上活塞杆2穿过下活塞杆3的中心孔，上活塞杆2和下活塞杆3安装在双活塞杆四气口气缸1的内腔中；下活塞杆3的末端呈四棱锥台型，在四棱锥台左右两侧的斜面上分别各开有一条沟槽E；

所述夹持部件Ⅱ中的两个弯板6的中部分别通过固定在双活塞杆四气口气缸1下端的两个中转轴7与双活塞杆四气口气缸1下端铰接，构成杠杆机构；两个同步轴4分别安装在两个弯板6上部的圆柱通孔中，两个滚套5分别安装在两个同步轴4的外圈，两个滚套5分别在下活塞杆3末端锥台左右表面上的两个沟槽E中滚动，从而带动两个同步轴4运动和两个弯板6转动；两个V型钳9分别通过两个下转轴8铰接在两个弯板6的下端；两个拉伸弹簧10分别安装在两个同步轴4两端伸出的挂钩上。

本发明的有益效果是，投放装置中采用一种双活塞杆四气口气缸，利用高压气体的压力施加投放力，通过调整气体的压力大小调整投放力大小，投放力易于控制。使用两个V型钳，使装置对投放物的形状要求降低，投放物外形可以是方块状或是圆棒形，投放物装夹极为便利。

附图说明

图1是气动式高速投放装置主剖视图，图2是投放装置三维模型示意图。其中：1-双活塞杆四气口气缸，2-上活塞杆，3-下活塞杆，4-同步轴，5-滚套，6-弯板，7-中转轴，8-下转轴，9-V型钳，10-拉伸弹簧，A-上气孔，B-下气孔，C-上中气孔，D-下中气孔，E-沟槽，Ⅰ-投放部件，Ⅱ-夹持部件。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。投放装置由气缸作为运动执行件和支撑部件，通过对上下活塞杆位置的控制来实现安装、夹紧、分离与投放过程，安装夹紧或分离投放是通过机构同时实现的，采用单个气缸，避免双气缸造成的不同步问题。采用安全高压气体如氮气作为压力源，可以保证投放安全性，防止使用爆炸螺栓起爆分离造成安全问题。可通过调整高压气体的压力来改变投放力大小，投放力可随时调整。

参见图1和图2，本发明的气动式高速投放装置分为投放部件Ⅰ和夹持部件Ⅱ两部分。双活塞杆四气口气缸1和安装在双活塞杆四气口气缸1内的上活塞杆2和下活塞杆3构成投放部件Ⅰ。由双活塞杆四气口气缸1上气孔A和上中气孔C控制上活塞杆2的伸出和缩回运动，下气孔B和下中气孔D控制下活塞杆3的往返运动。在下活塞杆3中心有中心孔，上活塞杆2穿过中心孔对夹持在装置上的投放物施加投放力，下活塞杆末端呈四棱锥台型，用于装置夹持投放物。两个同步轴4、两个滚套5、两个弯板6、两个中转轴7、两个下转轴8、两个V型钳9和两个拉伸弹簧10组成夹持部件Ⅱ。

在具体实施中，分为投放准备阶段、投放开始阶段和复位安装阶段。

在投放准备阶段，双活塞杆四气口气缸1中部的上中气孔C和下中气孔D充气，上气孔A和下气孔B同时排气。上活塞杆2向上运动，上活塞杆2末端离开投放物表面；同时下活塞杆3会向下运动，下活塞杆3两侧斜面上的沟槽E使得滚套5在沟槽E内相应的会向上运动。两个弯板6依靠安装在中孔内的中转轴7可在双活塞杆四气口气缸1下部支撑架上转动，弯板6末端安装有V型钳9，可以用来装夹投放物，在安装圆棒形投放物时两个V型钳可实现自动对心。V型钳9与弯板6间通过下转轴8连接。两个弯板6上孔内安装有同步轴4，两个同步轴4末端有挂钩，可以挂住两个拉伸弹簧10，当拉伸弹簧10收缩时，弹簧力的作用可以使两个滚套5紧贴在下活塞杆3沟槽E滚动，两个弯板6在转动过程中保持同步。当滚套5上升时，斜沟槽E使得两滚套5之间距离不断扩大，弯板6末端两个V型钳9之间距离不断收缩，最终让V型钳9紧紧夹住投放物两侧，达到夹紧的目的。这时的投放物被夹紧，完成整个投放过程的准备阶段。

在投放开始阶段，向双活塞杆四气口气缸1上下气孔充高压气体，中部的上中气孔C和下中气孔D排气，上气孔A和下气孔B同时进气，下活塞杆3会在气压作用下迅速向上运动，同步轴4外表面的滚套5在拉伸弹簧10的弹簧力作用下会同步紧贴下活塞杆3的斜面沟槽E，并迅速在沟槽E内向下滚动，两个弯板6转动，两个V型钳9之间距离迅速变大，V型钳9就会与投放物迅速分离；同时，高压气体会快速推动上活塞杆2运动至投放物表面，将投放物高速投放出去，完成一个投放过程。当两个滚套8分别在槽中向上运动时，两个滚套8之间的距离变大，拉伸弹簧10被拉长，这时两个弯板6末端收缩，两个V型钳9之间的距离变短，实现投放物装夹，而当两个滚套8在槽中向下运动时，两个滚套8之间的距离变小，拉伸弹簧10在弹簧恢复力作用下迅速缩回，两个V型钳9之间的距离变大，实现投放物释放。

在复位安装阶段，由操作者手持投放物放在两个V型钳9之间，向双活塞杆四气口气缸1中部的上中气孔C和下中气孔D充气，上气孔A和下气孔B排气，上活塞杆2会在气压作用下向上运动，离开投放物表面。同时，下活塞杆3会在气压作用下向下运动，最终使得两个V型钳9之间距离收缩，V型钳9会自动夹紧投放物，此时操作者撤离，机构完成复位安装过程。

投放装置集成在一体，由双活塞杆四气口气缸1提供投放力与支撑。在使用中，可根据所需投放角度将双活塞杆四气口气缸(1)安装到指定角度平面上，投放物在下落中会按照指定角度分离。机构投放中，高压气体充当执行件的压力源，使用中可设计一套气路，通过调整气体压力值改变投放力大小。在实际应用中通过投放物冲程末端速度大小和投放冲程可计算出投放力的数值，根据投放力的值计算高压气体压力值，投放冲程即为上活塞杆(2)行程。最终可确定机构尺寸和投放力范围。本发明将整套机构集成在一体，可以根据所需角度安装在一定角度平面上，安装方便，体积小巧。能自动实现投放物夹持，操作方便。

本发明能够有效地在狭窄空间内完成飞行器投放物的可靠挂载与分离，适用于在新型飞行器中实现投放物的投放功能，提高分行器载荷分离可靠性、提升飞行器性能。

Claims (1)

1.一种气动式高速投放装置，其特征是，该装置由投放部件(Ⅰ)和夹持部件(Ⅱ)组成；所述投放部件(Ⅰ)由双活塞杆四气口气缸(1)、上活塞杆(2)和下活塞杆(3)组成；所述夹持部件(Ⅱ)包括：两个同步轴(4)、两个滚套(5)、两个弯板(6)、两个中转轴(7)、两个下转轴(8)、两个V型钳(9)和两个拉伸弹簧(10)；

所述投放部件(Ⅰ)中的双活塞杆四气口气缸(1)有上气孔(A)、下气孔(B)，在中部有上中气孔(C)和下中气孔（D)；上活塞杆(2)穿过下活塞杆(3)的中心孔，上活塞杆(2)和下活塞杆(3)安装在双活塞杆四气口气缸(1)的内腔中；下活塞杆(3)的末端呈四棱锥台型，在四棱锥台左右两侧的斜面上分别各开有一条沟槽(E)；

所述夹持部件(Ⅱ)中的两个弯板(6)的中部分别通过固定在双活塞杆四气口气缸(1)下端的两个中转轴(7)与双活塞杆四气口气缸(1)下端铰接，构成杠杆机构；两个同步轴(4)分别安装在两个弯板(6)上部的圆柱通孔中，两个滚套(5)分别安装在两个同步轴(4)的外圈，两个滚套(5)分别在下活塞杆(3)末端锥台左右表面上的两个沟槽(E)中滚动，从而带动两个同步轴(4)运动和两个弯板(6)转动；两个V型钳(9)分别通过两个下转轴(8)铰接在两个弯板(6)的下端；两个拉伸弹簧(10)分别安装在两个同步轴(4)两端伸出的挂钩上。

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