CN103482067B - 一种气动式内埋载荷投放装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种气动式内埋载荷投放装置于属于飞行器领域，涉及一种气动式内埋载荷投放装置，该装置可实现内埋载荷的挂载和投放功能。该装置由弹射机构和抓持机构组成；所述弹射机构由机架、左上连杆、左下连杆等部分组成；所述抓持机构分为左右两套抓持机构，其结构相同，其中：左抓持机构由抓持连杆、纵向滑块导轨等部分组成；该装置采用两对抓持爪夹持内埋载荷，当气缸缸体充入高压气体后，驱动弹射机构整体向下运动，内埋载荷始终与下杆保持相同的速度，角速度，位置和俯角，当气缸达到行程终点时与投放装置分离。此装置使用一个气缸作为动力源控制整个机械结构运动，机械结构之间紧密连接，机构动作协调性强，抗干扰能力强，可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于飞行器领域，涉及一种气动式内埋载荷投放装置，该装置可实现内埋载荷的挂载和投放功能。
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，以上性能的发挥与飞行器所携带载荷的方式有很大关系。在飞行器携带有效载荷的各种安装方式中，内埋式安装是将有效载荷安装在飞行器投放舱内的投放装置上，当需要投放内埋式安装的有效载荷时，投放舱舱门打开，投放装置将有效载荷投放出舱，使有效载荷与飞行器分离，这种内埋式安装具有减小飞行器的空气阻力并提高其隐身性能的重要优势。然而，由于高速飞行中空气流动产生的扰流区会对内埋载荷的分离过程造成影响，严重的情况可能使内埋载荷无法分离，撞击飞行器本身，因此，根据空气动力学的理论，内埋载荷必须以一定的初速度，角速度和俯角投放出去，这就需要一种可靠的内埋载荷投放装置。分析目前已有的内埋载荷投放装置的方案，如美国空军实验室的RudyA.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。另一种投放装置的方案是，在投放物表面安装一个释放销，通过一个气动执行件在内埋载荷安装时夹住释放销，投放中释放销使内埋载荷分离，同时在内埋载荷的前后分别有两个气缸推动内埋载荷，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协同完成动作很难保证各个环节的同步性，气动执行件间的动作不同步会对投放速度和角度影响会较大，同时释放销的设计需要改变内埋载荷的表面形状，不用于内埋载荷外表面要求高的场合。还有一种装置采用了一对V型钳抓持的方式实现内埋载荷的安装和投放，此装置采用一个双活塞杆四气口气缸作为动力输出装置，通过连杆机构控制V型钳的开合，可以在狭小安装空间和短小行程空间内实现大投放力，装置整体可以按照一定的角度安装在飞行器的投放舱内，使内埋载荷分离时具有一定的速度和俯角，然而当投放舱舱门打开后，只使用一对V型钳抓持内埋载荷，会造成其投放过程中内埋载荷固定和运动不稳定，另外，此机构不能使内埋载荷具有一定的出舱角速度，容易使得内埋载荷在出舱后受力转动，使其俯角变化为仰角，对飞行器本身造成威胁。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种气动式内埋载荷投放装置，该装置具有对内埋载荷的挂载和使内埋载荷在具有特定的初速度，初角速度以及特定的俯角的情况下与飞行器分离的功能。该装置是以气缸为动力元件的空间多连杆装置，通过两对抓持爪实现对内埋载荷的挂载，通过气缸缸体和气缸活塞杆的相对运动驱动投放装置及内埋载荷共同运动，直至气缸达到行程极限，投放装置停止运动，内埋载荷以特定的初速度，初角速度以及俯角从抓持爪中脱离，进而与投放装置分离。
本发明采用的技术方案如下：一种气动式内埋载荷投放装置，其特征是：该装置由弹射机构和抓持机构组成；所述弹射机构由机架1、左上连杆2、机架上连杆连接销3、左下连杆4、下同步连杆6、下连杆下同步连杆连接销7、下杆8、下杆下连杆连接销9、右下连杆21、上连杆上同步连杆连接销22、右上连杆23、活塞杆座连接销24、活塞杆座25、上同步连杆26、气缸活塞杆27、气缸缸体28和气缸缸体连接销29组成；所述抓持机构分为左右两套抓持机构，左右两套抓持机构的结构相同，其中：左抓持机构由下连杆抓持连杆连接销5、抓持连杆10、纵向滑块导轨11、纵向导轨固定螺栓12、抓持连杆纵向滑块连接销13、纵向滑块14、抓持爪15、横向滑块16、拉簧17、横向滑块导轨18、抓持机构固定块19、爪导向销20、爪定位销30、横向导轨固定销31、导轮32、导轮销33和固定块紧固螺栓34组成，右抓持机构的结构与上述左抓持机构完全相同；
所述弹射机构中，机架1通过螺栓与飞行器的投放舱连接固定；左上连杆2通过机架上连杆连接销3，在第一铰链点A处与机架1相连，右上连杆23通过机架上连杆连接销3，在第六铰链点F处与机架1相连；左上连杆2通过上连杆上同步连杆连接销22，在第七铰链点G处与上同步连杆26相连，右上连杆23通过另一个上连杆上同步连杆连接销22，在第十铰链点J处与上同步连杆26相连；气缸缸体28通过气缸缸体连接销29，在第二铰链点B处与左上连杆2和左下连杆4相连，气缸活塞杆27在气缸缸体28中受到气压作用沿气缸缸体4的轴线方向运动，气缸活塞杆27的一端固定在活塞杆座25上，活塞杆座25通过活塞杆座连接销24，在第五铰链点E处与右上连杆23和右下连杆21相连；左下连杆4通过下连杆下同步连杆连接销7，在第八铰链点H处与下同步连杆6相连，右下连杆21通过另一个下连杆下同步连杆连接销7，在第九铰链点I处与下同步连杆6相连；左下连杆4通过下杆下连杆连接销9，在第三铰链点C处与下杆8相连；右下连杆21通过下杆下连杆连接销9，在第四铰链点D处与下杆8相连；L形左上连杆2根据第一铰链点A、第二铰链点B和第七铰链点G的位置划分为AB和AG两个部分，L形右上连杆23根据第五铰链点E、第六铰链点F和第十铰链点J的位置划分为FE和FJ两个部分，其中左上连杆2的AB部分的长度等于右上连杆23的EF部分的长度；L形左下连杆4根据第三铰链点C、第二铰链点B和第八铰链点H的位置划分为CB和CH两个部分，L形右下连杆21根据第四铰链点D、第五铰链点E和第九铰链点I的位置划分为DE和DI两个部分，其中左下连杆4的BC部分的长度大于右下连杆21的DE部分的长度；向气缸缸体28充气入高压气体时，气缸活塞杆27和气缸缸体28相对向外运动，驱动整个机构运动；
所述抓持机构，分为左右两套抓持机构，分别安装在弹射机构的左右两边，左右两套抓持机构的结构相同；一套抓持机构有两个抓持机构固定块19，两个抓持爪15及其相应的固定和驱动机构组成；其中，左边的抓持机构，以左下连杆4为驱动件，左下连杆4通过下连杆抓持连杆连接销5与抓持连杆10相连；抓持连杆10通过抓持连杆纵向滑块连接销13与纵向滑块14相连；纵向滑块14插入燕尾形的纵向滑块导轨11并沿导轨运动，纵向滑块导轨11通过四个纵向导轨固定螺栓12固定在下杆8的上表面；每个抓持机构固定块19都通过两个横向导轨固定销31定位，并通过两个固定块紧固螺栓34固定在下杆8的上表面；导轮32通过导轮销33与横向滑块16相连，横向滑块16插入两个横向滑块导轨18组成的燕尾槽内并沿燕尾槽的方向运动，每个横向滑块导轨18通过两个横向导轨固定销31固定在抓持机构固定块19的上表面；两个抓持爪15分别通过爪定位销30分别固定在两个抓持机构固定块19的槽内，两个抓持爪15可以绕各自的爪定位销30转动；每个抓持爪15的上部都开有细槽，细槽内插有爪导向销20，爪导向销20同时固定在横向滑块16的侧孔中，每个爪导向销20的两端都与拉簧17相连，两个爪导向销20之间通过两个拉簧17相连；纵向滑块14的上部为梯形凸台，两个导轮32压在梯形凸台的两侧，当弹射机构在气缸力作用下开始运动时，左下连杆4驱动纵向滑块14运动，纵向滑块14驱动两个导轮32并带动横向滑块16沿横向运动，进而带动爪导向销20运动，实现抓持爪15绕爪定位销30转动。
本发明的效果和益处是：一种气动式内埋载荷投放装置通过两对弧形抓持机构挂载内埋载荷，通过气缸运动驱动整个投放装置动作向下动作，直至气缸活塞杆运动到行程末端，装置停止运动，此时两对弧形抓持机构松开，内埋载荷以投放装置停止前瞬间的速度，角速度和俯角与投放装置分离。此装置仅使用一个气缸作为动力源控制整个机械结构运动，机械结构之间紧密连接，机构动作协调性强，抗干扰能力强，可靠性高，并能够实现内埋载荷具有特定初速度，初角速度和初始俯角的投放。
附图说明
图1是一种气动式内埋载荷投放装置的主视图半剖视图，图2是一种气动式内埋载荷投放装置的后视图，图3是一种气动式内埋载荷投放装置的仰视图，图4是一种气动式内埋载荷投放装置的右视图，图5是一种气动式内埋载荷投放装置的抓持机构的局部俯视图，图6是一种气动式内埋载荷投放装置的剖视左视图。其中：1-机架，2-左上连杆，3-机架上连杆连接销，4-左下连杆，5-下连杆抓持连杆连接销，6-下同步连杆，7-下连杆下同步连杆连接销，8-下杆，9-下杆下连杆连接销，10-抓持连杆，11-纵向滑块导轨，12-纵向导轨固定螺栓，13-抓持连杆纵向滑块连接销，14-纵向滑块，15-抓持爪，16-横向滑块，17-拉簧，18-横向滑块导轨，19-抓持机构固定块，20-爪导向销，21-右下连杆，22-右上连杆上同步连杆连接销，23-右上连杆，24-活塞杆座连接销，25-活塞杆座，26-上同步连杆，27-气缸活塞杆，28-气缸缸体，29-气缸缸体连接销，30-爪定位销，31-横向导轨固定销，32-导轮，33-导轮销，34-固定块紧固螺栓，A-第一铰链点，B-第二铰链点，C-第三铰链点，D-第四铰链点，E-第五铰链点，F-第六铰链点，G-第七铰链点，H-第八铰链点，I-第九铰链点，J-第十铰链点。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。一种气动式内埋载荷投放装置的工作原理是当气缸缸体28未充入高压气体时，弹射机构和抓持机构不运动，投放装置处于收回状态，抓持机构的两对抓持爪15夹持挂载内埋载荷。当气缸缸体28充入高压气体后，气缸活塞杆27和气缸缸体28相对向外运动，驱动弹射机构整体向下运动，进而通过左下连杆4，右下连杆21和下杆8的运动驱动抓持机构和内埋载荷运动，内埋载荷始终与下杆8保持相同的速度，角速度，位置和俯角，当气缸达到行程终点时，所有机构都停止运动，抓持机构的抓持爪15完全打开，内埋载荷以下杆8停止前瞬间的速度，角速度和俯角与投放装置分离。
一种气动式内埋载荷投放装置的具体使用过程为：使用气缸作为动力元件，当不向气缸缸体28内充入高压气体时，投放装置不运动，投放装置处于收回状态，此时，导向轮33在拉簧17的作用下紧紧压在纵向滑块14上部梯形凸台较宽的部位，导向轮33固定在横向滑块16上，控制横向滑块16的位置，横向滑块16控制固定在其上的爪导向销20的位置，爪导向销20插入抓持爪15的细槽内，进而控制前后两对抓持爪15处于夹紧状态，内埋载荷被夹持在抓持爪15中，使得内埋载荷与投放装置相对固定。
在附图1，2中，左上连杆2通过机架上连杆连接销3在第一铰链点A处与机架相连接，右上连杆23通过机架上连杆连接销3在第六铰链点F处与机架相连接；左上连杆2通过上连杆上同步连杆连接销22，在第七铰链点G处与上同步连杆26相连，右上连杆23通过另一个上连杆上同步连杆连接销22，在第十铰链点J处与上同步连杆26相连；气缸缸体28通过气缸缸体连接销29，在第二铰链点B处与左上连杆2和左下连杆4相连，气缸活塞杆27在气缸缸体28中受到气压作用沿气缸缸体4的轴线方向运动，气缸活塞杆27的一端固定在活塞杆座25上，活塞杆座25通过活塞杆座连接销24，在第五铰链点E处与右上连杆23和右下连杆21相连；左下连杆4通过下连杆下同步连杆连接销7，在第八铰链点H处与下同步连杆6相连，右下连杆21通过另一个下连杆下同步连杆连接销7，在第九铰链点I处与下同步连杆6相连；左下连杆4通过下杆下连杆连接销9，在第三铰链点C处与下杆8相连；右下连杆21通过下杆下连杆连接销9，在第四铰链点D处与下杆8相连；
当向气缸缸体28内充入高压气体时，气缸活塞杆27和气缸缸体28相对向外运动，并驱动左上连杆2和右上连杆23同时绕与各自连接的机架上连杆连接销3转动，L形左上连杆2的AB部分的长度等于L形右上连杆23的EF部分的长度，左上连杆2和右上连杆23在上同步连杆26的作用下，能够以几乎相同的角速度转动，因此气缸缸体28，气缸活塞杆27和活塞杆座25几乎始终处于水平位置，气缸缸体28与左下连杆4连接的第二铰链点B和活塞杆座25与右下连杆21连接的第五铰链点E也几乎始终处于水平位置；气缸活塞杆27和气缸缸体28相对向外运动也会驱动左下连杆4和右下连杆21以摆杆的形式分别绕第二铰链点B和第五铰链点E转动，左下连杆4和右下连杆21在下同步连杆6的作用下，也以几乎相同的角速度分别绕第二铰链点B和第五铰链点E转动，由于左下连杆4的一个端点第二铰链点B和右下连杆21的一个端点第五铰链点E始终在同一高度上，且L形左下连杆4的BC部分的长度大于L形右下连杆21的DE部分的长度，所以当左下连杆4和右下连杆21转动相同角度时，在运动过程中的每一个时刻，左下连杆4的另一个端点第三铰链点C的竖直位置都低于右下连杆21的另一个端点第四铰链点D的竖直位置，下杆8与左下连杆4和右下连杆21分别在第三铰链点C和第四铰链点D处连接，因此，下杆8在运动过程会不但会具有向下的速度，还会产生特定的角速度和俯角；
左下连杆4和右下连杆21在运动的过程中作为曲柄驱动抓持连杆10，使抓持连杆10驱动纵向滑块14沿纵向滑块导轨11的方向运动，运动过程中，安装在横向滑块16上的两个导轮32在拉簧17的作用下紧压在纵向滑块14上部梯形凸台的两侧，使得纵向滑块14可以根据梯形凸台的不同宽度推动导轮32横向运动，并带动横向滑块16沿横向运动，进而带动固定在横向滑块16上的爪导向销20运动；爪导向销20插入抓持爪15的细槽内，爪导向销20的运动可以通过爪导向销20和抓持爪15细槽之间的配合传递给抓持爪15，使抓持爪15绕爪定位销30转动，抓持爪15逐步打开；内埋载荷始终与下杆8保持相同的速度，角速度和俯角，当气缸达到行程终点时，所有机构都停止运动，抓持机构的抓持爪15完全打开，内埋载荷以下杆8停止前的速度，角速度和俯角与投放装置分离。
本发明的气动式内埋载荷投放装置仅使用一个气缸作为动力源控制整个机械结构运动，机械结构之间紧密连接，机构动作协调性强，抗干扰能力强，可靠性高，并能够实现内埋载荷具有特定的初速度，初角速度和初始俯角的投放。
Claims (1)
1.一种气动式内埋载荷投放装置，其特征是：该装置由弹射机构和抓持机构组成；所述弹射机构由机架（1）、左上连杆（2）、机架上连杆连接销（3）、左下连杆（4）、下同步连杆（6）、下连杆下同步连杆连接销（7）、下杆（8）、下杆下连杆连接销（9）、右下连杆（21）、上连杆上同步连杆连接销（22）、右上连杆（23）、活塞杆座连接销（24）、活塞杆座（25）、上同步连杆（26）、气缸活塞杆（27）、气缸缸体（28）和气缸缸体连接销（29）组成；所述抓持机构分为左右两套抓持机构，左右两套抓持机构的结构相同，其中：左抓持机构由下连杆抓持连杆连接销（5）、抓持连杆（10）、纵向滑块导轨（11）、纵向导轨固定螺栓（12）、抓持连杆纵向滑块连接销（13）、纵向滑块（14）、抓持爪（15）、横向滑块（16）、拉簧（17）、横向滑块导轨（18）、抓持机构固定块（19）、爪导向销（20）、爪定位销（30）、横向导轨固定销（31）、导轮（32）、导轮销（33）和固定块紧固螺栓（34）组成，右抓持机构的结构与上述左抓持机构完全相同；
所述弹射机构中，机架（1）通过螺栓与飞行器的投放舱连接固定；左上连杆（2）通过机架上连杆连接销（3），在第一铰链点（A）处与机架（1）相连接，右上连杆（23）通过另一个机架上连杆连接销（3），在第六铰链点（F）处与机架（1）相连接；左上连杆（2）通过上连杆上同步连杆连接销（22），在第七铰链点（G）处与上同步连杆（26）相连，右上连杆（23）通过另一个上连杆上同步连杆连接销（22），在第十铰链点（J）处与上同步连杆（26）相连；气缸缸体（28）通过气缸缸体连接销（29），在第二铰链点（B）处与左上连杆（2）和左下连杆（4）相连，气缸活塞杆（27）在气缸缸体（28）中受到气压作用沿气缸缸体（4）的轴线方向运动，气缸活塞杆（27）的一端固定在活塞杆座（25）上，活塞杆座（25）通过活塞杆座连接销（24），在第五铰链点（E）处与右上连杆（23）和右下连杆（21）相连；左下连杆（4）通过下连杆下同步连杆连接销（7），在第八铰链点（H）处与下同步连杆（6）相连，右下连杆（21）通过另一个下连杆下同步连杆连接销（7），在第九铰链点（I）处与下同步连杆（6）相连；左下连杆（4）通过下杆下连杆连接销（9），在第三铰链点（C）处与下杆（8）相连；右下连杆（21）通过另一个下杆下连杆连接销（9），在第四铰链点（D）处与下杆（8）相连；L形左上连杆（2）根据第一铰链点（A）、第二铰链点（B）和第七铰链点（G）的位置划分为AB和AG两个部分，L形右上连杆（23）根据第五铰链点（E）、第六铰链点（F）和第十铰链点（J）的位置划分为FE和FJ两个部分，其中左上连杆（2）的AB部分的长度等于右上连杆（23）的EF部分的长度；L形左下连杆（4）根据第三铰链点（C）、第二铰链点（B）和第八铰链点（H）的位置划分为CB和CH两个部分，L形右下连杆（21）根据第四铰链点（D）、第五铰链点（E）和第九铰链点（I）的位置划分为DE和DI两个部分，其中左下连杆（4）的BC部分的长度大于右下连杆（21）的DE部分的长度；向气缸缸体（28）充气入高压气体时，气缸活塞杆（27）和气缸缸体（28）相对向外运动，驱动整个机构运动；
所述抓持机构，分为左右两套抓持机构，分别安装在弹射机构的左右两边，左右两套抓持机构的结构相同；一套抓持机构有两个抓持机构固定块（19），两个抓持爪（15）及其相应的固定和驱动机构组成；其中，左边的抓持机构，以左下连杆（4）为驱动件，左下连杆（4）通过下连杆抓持连杆连接销（5）与抓持连杆（10）相连；抓持连杆（10）通过抓持连杆纵向滑块连接销（13）与纵向滑块（14）相连；纵向滑块（14）插入燕尾形的纵向滑块导轨（11）并沿导轨运动，纵向滑块导轨（11）通过四个纵向导轨固定螺栓（12）固定在下杆（8）的上表面；每个抓持机构固定块（19）都通过两个横向导轨固定销（31）定位，并通过两个固定块紧固螺栓（34）固定在下杆（8）的上表面；导轮（32）通过导轮销（33）与横向滑块（16）相连，横向滑块（16）插入两个横向滑块导轨（18）组成的燕尾槽内并沿燕尾槽的方向运动，每个横向滑块导轨（18）通过两个横向导轨固定销（31）固定在抓持机构固定块（19）的上表面；两个抓持爪（15）分别通过爪定位销（30）分别固定在两个抓持机构固定块（19）的槽内，两个抓持爪（15）绕各自的爪定位销（30）转动；每个抓持爪（15）的上部都开有细槽，细槽内插有爪导向销（20），爪导向销（20）同时固定在横向滑块（16）的侧孔中，每个爪导向销（20）的两端都与拉簧（17）相连，两个爪导向销（20）之间通过两个拉簧（17）相连；纵向滑块（14）的上部为梯形凸台，两个导轮（32）压在梯形凸台的两侧；当弹射机构在气缸力作用下开始运动时，左下连杆（4）驱动纵向滑块（14）运动，纵向滑块（14）驱动两个导轮（32）并带动横向滑块（16）沿横向运动，进而带动爪导向销（20）运动，实现抓持爪（15）绕爪定位销（30）转动。
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