CN105173121A - 一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，所述自旋稳定减速飞行器包括刚性球形头锥、充气圆环阻力面、分段式隔膜、高压气瓶、解压阀、导管、圆柱形载荷箱七部分。本发明提供的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器初始处于收拢状态，到了预定轨道，启动解压阀，刚性头锥内的高压气瓶开始充气，两个螺旋状的充气环依次通过内部隔膜螺旋式上升膨胀展开成型。依据两个相差180°顺时针(或逆时针)对称螺旋圆环相邻间的环槽，使绕流气体产生的气动力使结构起旋，解决了充气展开式减速飞行器结构飞行进入或再入过程中稳定性问题；同时结构的阻力面积由充气展开部分大幅提升，有效实现了飞行器结构减速，完成载荷箱的回收。

Description

一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器

技术领域

本发明涉及一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，属于航天飞行器可变构型结构设计领域。

背景技术

CN104290921A公开了一种充气展开气动阻尼减速器结构，该充气展开式减速飞行器存在飞行过程自身不能起旋的缺点，不能实现自旋稳定性，易产生结构姿态翻滚的问题。

发明内容

为了解决现有的充气展开式减速飞行器技术存在自身不能起旋与飞行过程姿态不稳定问题，本发明提供了一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，包括刚性球形头锥、充气圆环阻力面、分段式隔膜、高压气瓶、解压阀、导管、圆柱形载荷箱，所述充气圆环阻力面为由双螺旋圆环构成的双螺旋状，双螺旋圆环内部设有分段式隔膜，圆柱形载荷箱位于减速飞行器内部与刚性球形头锥相连接，刚性球形头锥内设置有高压气瓶，高压气瓶经解压阀与导管相连，导管与双螺旋圆环相连通。

本发明提供的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器初始处于收拢状态，到了预定轨道，启动解压阀，刚性头锥内的高压气瓶开始充气，两个螺旋状的充气环依次通过内部隔膜螺旋式上升膨胀展开成型。依据两个相差180°顺时针(或逆时针)对称螺旋圆环相邻间的环槽，使绕流气体产生的气动力使结构起旋，解决了充气展开式减速飞行器结构飞行进入或再入过程中稳定性问题；同时结构的阻力面积由充气展开部分大幅提升，有效实现了飞行器结构减速，完成载荷箱的回收。

附图说明

图1为充气展开式减速飞行器双螺旋设计图；

图2为双螺旋充气展开式减速飞行器结构整体设计图；

图3为双螺旋充气展开式减速飞行器的结构示意图；

图4为充气展开式双螺旋环内隔膜设计图；

图5为充气展开式双螺旋自旋稳定的环槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1-5所述，本发明提供的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器由刚性球形头锥1、充气圆环阻力面2、分段式隔膜、高压气瓶3、解压阀4、导管9、圆柱形载荷箱8七部分组成，其中：

所述充气圆环阻力面为由双螺旋圆环构成的双螺旋状，其中：双螺旋圆环由A螺旋圆环5和B螺旋圆环6构成，中心轴线具有相同圆锥螺旋线，起点相差180°。其方程为：

x＝ρsinα₀cosθ

y＝ρsinα₀sinθ

z＝ρcosα₀

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0\exp \left(\frac{\sin {\mathrm{\α}}_0}{\mathrm{tg\β}}\right)$

式中：α₀为圆锥顶角的一半，β为螺旋角，ρ₀为与刚性头锥连接处螺旋环的初始半径，x、y、z分别为螺旋环轴线的三个空间位置坐标，其中螺旋角10°≤β≤30°。

本发明中，自旋稳定减速飞行器充气展开后成圆锥形，半顶角45°≤α₀≤≤75°。

本发明中，形成充气圆环阻力面的双螺旋圆环各螺旋2m圈，3≤m≤6。

本发明中，形成充气圆环阻力面的双螺旋圆环具有相同横截面直径d，其中1/40≤d/D≤3/80，D为减速器尾部的口径。

本发明中，双螺旋圆环由柔性织物可折叠材料制成，主要有四层，由内向外分别为气密层、承力层、隔热层和防热层，其中：气密层为厚度20微米后聚氨酯薄膜材料，承力层为50微米后芳纶织物；隔热层为厚度约1250微米的氧化铝气凝胶，防热层为40微米的硼纤维。

本发明中，刚性球形头锥1内高压气瓶3经解压阀4打开后，分别经导管9流入相差180°对称的双螺旋圆环内，通过在锥顶充气方式实现逐步展开。

本发明中，形成充气圆环阻力面的双螺旋圆环内部有分段式隔膜，所述分段式隔膜由2n个柔性织物材料隔膜7组成，2n隔膜7形成2(n+1)气腔(n为正整数)；其中从头锥开始的第一和第二层螺旋圆环每360度设置一个隔膜7，之后螺旋圆环每90度一个隔膜7，每个隔膜7是螺旋圆环横截面，且中心处均有一个穿孔，孔的直径为圆环横截面直径的1/6～1/10，作用是从高压气瓶3流入分段气腔内能累计气压，使流过的气腔充分膨胀展开，另一个作用是气流流出隔膜7变为小直径穿孔时，流速会增加，其射出后一个气腔，提升后一个气腔展开速度，并能实现螺旋圆环以螺旋方式膨胀展开，提高了展开有序性，而且气体的冲量还能给结构起旋起到促进作用。

本发明中，横截面直径为d的双螺旋圆环，在与头锥和尾部，都有两个从直径D变为0的圆环部分，其所对应的角度为180度。其作用是形成平环，能与头锥充分连接；同时也能保证尾部平环形成均匀的气动力。

本发明中，依据两个相差180°顺时针(或逆时针)对称螺旋圆环相邻间的环槽10使绕流气体产生的气动力使结构起旋。所述环槽10是起始角度相差180度同横截面直径的螺旋圆环相交的两个半圆弧面，且相交的两个圆弧是螺旋上升的。

Claims (10)

1.一种双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述自旋稳定减速飞行器由刚性球形头锥、充气圆环阻力面、分段式隔膜、高压气瓶、解压阀、导管、圆柱形载荷箱构成，其中：充气圆环阻力面由双螺旋圆环构成，双螺旋圆环内部设有分段式隔膜，圆柱形载荷箱位于减速飞行器内部与刚性球形头锥相连接，刚性球形头锥内设置有高压气瓶，高压气瓶经解压阀与导管相连，导管与双螺旋圆环相连通，所述双螺旋圆环的中心轴线具有相同圆锥螺旋线，起点相差180°，其方程为：

x＝ρsinα₀cosθ

y＝ρsinα₀sinθ

z＝ρcosα₀；

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0\exp \left(\frac{{\mathrm{sin\α}}_0}{tg\mathrm{\β}}\right)$

式中：α₀为圆锥顶角的一半，β为螺旋角，ρ₀为与刚性头锥连接处螺旋环的初始半径，x、y、z分别为螺旋环轴线的三个空间位置坐标。

2.根据权利要求1所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述双螺旋圆环由柔性织物可折叠材料制成，主要有四层，由内向外分别为气密层、承力层、隔热层和防热层。

3.根据权利要求2所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述气密层为厚度20微米后聚氨酯薄膜材料，承力层为50微米后芳纶织物；隔热层为厚度1250微米的氧化铝气凝胶，防热层为40微米的硼纤维。

4.根据权利要求1所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述1°≤β≤30°，45°≤α₀≤75°。

5.根据权利要求1所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述自旋稳定减速飞行器充气展开后成圆锥形。

6.根据权利要求1所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述双螺旋圆环各螺旋2m圈，3≤m≤6。

7.根据权利要求1所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述双螺旋圆环具有相同横截面直径d，1/40≤d/D≤3/80，D为减速器尾部的口径。

8.根据权利要求1所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述分段式隔膜由2n个柔性织物材料隔膜组成，2n隔膜形成2(n+1)气腔，n为正整数；其中从头锥开始的第一和第二层螺旋圆环每360度设置一个隔膜，之后螺旋圆环每90度一个隔膜，每个隔膜是螺旋圆环横截面，且中心处均有一个穿孔。

9.根据权利要求8所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述穿孔的直径为圆环横截面直径的1/6～1/10。

10.根据权利要求8所述的双螺旋充气展开式自旋稳定减速飞行器，其特征在于所述双螺旋圆环在与头锥和尾部，都有两个从直径D变为0的圆环部分，其所对应的角度为180度。