CN103587731B - 一种空间飞网二级发射展开装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间飞网二级发射展开装置，本发明采用了两级发射展开方式。一级发射能够使飞网规则、有序拉出直至拉直，保证在空间任务中飞网能够顺利展开，克服了在发射展开过程中容易发生缠绕、穿透和打结等现象，提高了安全可靠性；二级发射器通过一个主活塞推动4个分活塞，初始阶段主活塞通过机械接触推动分活塞剪断剪切销，主活塞继续运动使密封圈失去密封作用后，高压燃气直接作用在分活塞上，每个分活塞推动相应的连接杆及与其固连的质量块实现多个质量块的发射，实现了不同质量块的发射同步性，同时利用高压燃气提高了发射速度，并且安全性高；在二级发射器底部设置缓冲装置来降低二级发射器发射过程产生的较大的后坐力。

Description

一种空间飞网二级发射展开装置

技术领域

本发明涉及一种空间飞网展开装置，尤其涉及一种空间飞网二级发射展开装置，属于航天技术领域。

背景技术

随着空间技术的发展，对空间碎片、废弃卫星等非合作目标实施在轨抓捕变得越来越重要。其中，飞网捕获技术是国际上研究比较热门的一种空间技术，主要是利用飞网展开机构向捕获目标方向发射一张由细绳编制成的大网，在包裹住目标航天器后，将目标航天器收回或者控制。利用飞网具有较大拦截面积，利于覆盖抓捕目标的特点，飞网捕获技术成为具有一定容错能力的抓捕系统，提高了空间目标抓捕的安全性和可靠性。由于空间任务的高成本与高风险性，飞网捕获技术需要进行大量试验验证。由于飞网结构的特殊性（面积大、质量小、网眼大等）,飞网在发射展开过程中容易发生缠绕、穿透和打结等现象，造成飞网无法顺利展开，所以需要设计特定的展开程序以使飞网达到展开面积要求。目前国外有关飞网抓捕系统研究公开的资料不多，总体上还处于起步阶段，但是相关的支撑技术（如空间绳系动力学、材料和释放控制技术）已经通过了空间飞行实验考核。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种空间飞网二级发射展开装置，该装置能够使飞网规则、有序拉出，保证在空间任务中飞网能够顺利展开，避免发生缠绕、打结等问题，提高了安全可靠性。

本发明的技术方案是：一种空间飞网二级发射展开装置，由一级发射器、二级发射器、四个质量块、网包、网舱、网舱盖、缓冲装置、飞网、系留绳和收口绳组成，飞网装在网包中，网包装在网舱内，网包与网舱盖相连接，一级发射器设置在网舱的底部，一级发射器与网舱盖之间采用弹性连接使得网舱盖封装在网舱的出口，网包通过系留绳与二级发射器相连接，二级发射器安装在缓冲装置上，缓冲装置安装固定在卫星结构上，一级发射器与二级发射器之间固定连接，四个质量块安装在二级发射器上，四个质量块分别通过一根收口绳与飞网的边缘相连接。

二级发射器包括点火器、起爆器、主活塞、导向销、密封圈、四个分活塞套筒、四个分活塞、剪切销、主活塞导引套筒、连接杆和底座，点火器和起爆器安装在同步发射装置的底座内，在同步发射装置工作前，主活塞面积较大的部分设置在底座内并位于起爆器之上，主活塞面积较小的部分设置在主活塞导引套筒内，主活塞面积较大的部分与面积较小的部分之间采用锥形肩过渡，导向销设置在主活塞导引套筒上用于对主活塞的运动进行限位，主活塞的底部设有四个通孔用于当主活塞运动到上限时与四个分活塞连通，四个分活塞套筒均布在底座与主活塞导引套筒之间的过渡段，四个分活塞设置在四个分活塞套筒内，四个分活塞的底部均位于主活塞的锥形肩上，四个分活塞的顶部安装连接杆，连接杆通过剪切销与分活塞套筒相连接，在主活塞与底座之间、分活塞与分活塞套筒之间均采用密封圈进行密封。每个分活塞套筒轴线与主活塞导引套筒轴线之间的夹角为20°～55°。

一种利用空间飞网二级发射展开装置的工作步骤如下：

（1）当卫星发现目标飞行器后，卫星自主控制一级发射器工作，一级发射器将网舱盖从网舱出口弹射出去，网包随着网舱盖从网舱中弹出，飞网在网舱盖的带动下从网包内依次倒序拉出，随着飞网被拉出，飞网和系留绳逐渐被拉直；

（2）在飞网和系留绳拉直的瞬间，卫星自主控制二级发射器开始工作，二级发射器推动四个质量块按照预设的发射张角运动，质量块通过收口绳带动飞网从后向前展开并达到张满的状态，最终实现对目标飞行器的捕获。

本发明与现有技术相比有益效果为：

（1）本发明采用了两级发射，一级发射能够使飞网规则、有序拉出直至拉直，保证在空间任务中飞网能够顺利展开，克服了在发射展开过程中容易发生缠绕、穿透和打结等现象，提高了安全可靠性；

（2）本发明的二级发射器通过一个主活塞推动4个分活塞，初始阶段主活塞通过机械接触推动分活塞剪断剪切销，主活塞继续运动使密封圈失去密封作用后，高压燃气直接作用在分活塞上，每个分活塞推动相应的连接杆及与其固连的质量块实现多个质量块的发射，实现了不同质量块的发射同步性，同时利用高压燃气提高了发射速度，并且安全性高；

（3）本发明采用在二级发射器底部设置缓冲装置来降低二级发射器发射过程产生的较大的冲击和后坐力。

附图说明

图1为本发明的组成结构图；

图2为一级发射器的组成结构图；

图3为二级发射器的外形示意图；

图4为二级发射器的组成结构图；

图5为二级发射器剪断剪切销时的状态示意图；

图6为二级发射器主活塞运动到位的状态示意图；

图7为缓冲装置的组成结构图；

图8为本发明飞网拉直过程示意图；

图9为本发明飞网展开过程示意图。

具体实施方式

为了更清楚的了解本发明，下面对本发明做进一步详细的说明：

如图1所示，空间飞网二级发射展开装置，由一级发射器1、二级发射器2、四个质量块3、网包4、网舱5、网舱盖6、飞网7、缓冲装置8、系留绳9和收口绳10组成，飞网7装在网包4中，网包4装在网舱5内，网包4与网舱盖6相连接，一级发射器1设置在网舱5的底部，一级发射器1与网舱盖6之间采用弹性连接使得网舱盖6封装在网舱5的出口，网包4通过系留绳9与二级发射器2相连接，二级发射器2安装在缓冲装置8上，缓冲装置8安装固定在卫星结构上，一级发射器1与二级发射器2之间固定连接，四个质量块3安装在二级发射器2上，四个质量块3分别通过一根收口绳10与飞网7的边缘相连接。

一级发射器的结构如图2所示，包括安装座101、火工切割器102、压紧杆103、弹簧套筒104、分离弹簧105，安装座101在网舱5的底部，切割器102在安装座101上，弹簧套筒104位于网舱5内部中心位置并与网舱5底部固连，分离弹簧105位于弹簧套筒104内，压紧杆103一端穿过网舱盖6、弹簧套筒104、火工切割器102与安装座101连接，压紧杆103另一端安装螺母紧固件将网舱盖6压紧在网舱5上。

一级发射器工作时，火工切割器102起爆切断压紧杆103，分离弹簧105释放将网舱盖6和压紧杆103弹出，网舱盖6获得初速度将网包拉出，实现一级发射功能。

二级发射器的结构如图3、4所示，包括点火器201、起爆器202、主活塞203、导向销204、密封圈205、四个分活塞套筒206、四个分活塞207、剪切销208、主活塞导引套筒209、连接杆210和底座211，点火器201和起爆器202安装在同步发射装置的底座211内，在同步发射装置工作前，主活塞203面积较大的部分设置在底座211内并位于起爆器202之上，主活塞203面积较小的部分设置在主活塞导引套筒209内，主活塞203面积较大的部分与面积较小的部分之间采用锥形肩过渡，导向销204设置在主活塞导引套筒209上用于对主活塞203的运动进行限位，主活塞203的底部设有四个通孔用于当主活塞203运动到上限时与四个分活塞207连通，四个分活塞套筒206均布在底座211与主活塞导引套筒209之间的过渡段，四个分活塞207设置在四个分活塞套筒206内，四个分活塞207的底部均位于主活塞203的锥形肩上，四个分活塞207的顶部安装连接杆210，连接杆210通过剪切销208与分活塞套筒206相连接，在主活塞203与底座211之间、分活塞207与分活塞套筒206之间均采用密封圈205进行密封。每个分活塞套筒206轴线与主活塞导引套筒209轴线之间的夹角为20°～55°，实际应用中，每个分活塞套筒206轴线与主活塞导引套筒209轴线之间的发射角度可根据捕获距离要求的不同而在该范围内进行调整。图3中虚线部分为质量块。

当空间飞网拉直瞬间，点火器201（根据飞网拉直距离及拉直时间实施并联触发）点火，起爆器202发火后产生高压燃气，推动主活塞203在底座211和主活塞引导套筒209内向上运动，主活塞203的锥形肩同步推动204个分活塞207在分活塞套筒206内向上运动，如图5所示，分活塞207向上运动剪断剪切销208；主活塞203继续运动使密封圈205脱离密封面，高压燃气通过主活塞203底部的四个通孔直接作用在分活塞207上，如图6所示，高压燃气推动分活塞207以一定速度推动连接杆210迅速脱离分活塞套筒206，使安装在连接杆210上的质量块弹射出去。本发明通过合理设计分活塞的行程和起爆器的装药量可以实现不同的质量块发射速度，通过合理设计发射角度可以适应一定尺寸空间飞网的不同捕获距离的需求。

缓冲装置的结构如图7所示，包括套筒座801、耳片802、缓冲蜂窝803、压板804、拉簧805、活塞806、连接板807。圆环状的缓冲蜂窝803和活塞806下端圆柱面均在套筒座801内，活塞806下端圆柱面与套筒座801为轴孔间隙配合，压板804与套筒座801固连，并将活塞806下端圆柱台阶部分压在缓冲蜂窝803上，活塞806上端通过螺纹孔与发射器底座211连接，连接板807在活塞806上端，耳片802安装在套筒座801外侧面，拉簧805分别挂在耳片802和连接板807上，拉簧805在圆周方向布置4至6件。

发射器工作后，底座211会产生较大的后坐力，后坐力通过活塞806传递至缓冲蜂窝803，将缓冲蜂窝803压溃，缓冲蜂窝803压溃过程会吸收能量降低后坐力对安装结构的冲击和作用力，缓冲蜂窝803的尺寸可根据安装结构承载能力大小设计确定。

系留绳9和收口绳10采用具有良好空间环境适应性的纤维材料编制而成，系留绳9在飞网7捕获目标飞行器后，用于对目标飞行器实施拖曳操作。收口绳10连接在质量块3上，通过质量块3内部的机构收卷收口绳10，实现飞网7网口的收紧。

空间飞网二级发射展开装置工作过程：第一步：通过弹射飞网封装舱盖，将飞网从网包中逐渐拉出；第二步，当飞网拉直后，通过四个牵引质量块，将飞网从底部逐渐展开。与降落伞充气展开过程类似，这种发射模式也可划分为拉直过程和展开过程（分别与一级发射器和二级发射器对应）。空间飞网一级拉直过程如图8所示，在拉出过程中，网舱盖在一级发射器的作用下获得υ_T，实现与网舱的弹射分离，网包随着网舱盖的弹出，飞网在网舱盖的带动下从网包内依次倒序拉出，在此过程中，飞网周边与收口绳等始终固连于网舱壁上。空间飞网二级展开过程如图9所示，在飞网和系留绳拉直瞬间，安置于二级发射器中的点火器（根据飞网拉直距离及拉直时间实施并联触发）点火，二级发射器推动四个质量块按照设计发射速度υ₀、发射张角α运动，在质量块的牵引下，飞网从后向前展开，并最终达到张满状态，最终实现对目标飞行器的捕获。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种空间飞网二级发射展开装置，其特征在于：由一级发射器(1)、二级发射器(2)、四个质量块(3)、网包(4)、网舱(5)、网舱盖(6)、飞网(7)、缓冲装置(8)、系留绳(9)和收口绳(10)组成，飞网(7)装在网包(4)中，网包(4)装在网舱(5)内，网包(4)与网舱盖(6)相连接，一级发射器(1)设置在网舱(5)的底部，一级发射器(1)与网舱盖(6)之间采用弹性连接使得网舱盖(6)封装在网舱(5)的出口，网包(4)通过系留绳(9)与二级发射器(2)相连接，二级发射器(2)安装在缓冲装置(8)上，缓冲装置(8)安装固定在卫星结构上，一级发射器(1)与二级发射器(2)之间固定连接，四个质量块(3)安装在二级发射器(2)上，四个质量块(3)分别通过一根收口绳(10)与飞网(7)的边缘相连接。

2.根据权利要求1所述的一种空间飞网二级发射展开装置，其特征在于：所述二级发射器(2)包括点火器(201)、起爆器(202)、主活塞(203)、导向销(204)、密封圈(205)、四个分活塞套筒(206)、四个分活塞(207)、剪切销(208)、主活塞导引套筒(209)、连接杆(210)和底座(211)，点火器(201)和起爆器(202)安装在同步发射装置的底座(211)内，在同步发射装置工作前，主活塞(203)面积较大的部分设置在底座(211)内并位于起爆器(202)之上，主活塞(203)面积较小的部分设置在主活塞导引套筒(209)内，主活塞(203)面积较大的部分与面积较小的部分之间采用锥形肩过渡，导向销(204)设置在主活塞导引套筒(209)上用于对主活塞(203)的运动进行限位，主活塞(203)的底部设有四个通孔用于当主活塞(203)运动到上限时与四个分活塞(207)连通，四个分活塞套筒(206)均布在底座(211)与主活塞导引套筒(209)之间的过渡段，四个分活塞(207)设置在四个分活塞套筒(206)内，四个分活塞(207)的底部均位于主活塞(203)的锥形肩上，四个分活塞(207)的顶部安装连接杆(210)，连接杆(210)通过剪切销(208)与分活塞套筒(206)相连接，在主活塞(203)与底座(211)之间、分活塞(207)与分活塞套筒(206)之间均采用密封圈(205)进行密封。

3.根据权利要求2所述的一种空间飞网二级发射展开装置，其特征在于：每个分活塞套筒(206)轴线与主活塞导引套筒(209)轴线之间的夹角为20°～55°。