CN105438502B - 一种外置式电动收放着陆机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外置式电动收放软着陆机构，包括至少三组相同的设于运载器本体上的支撑机构，每组支撑机构均包括一缓冲支柱及一着陆腿，其中，缓冲支柱包括电动传动机构和液压缓冲装置，电动传动机构包括电机、轴承、丝杠、依次嵌套的若干级传动套筒，液压缓冲装置包括螺旋紧固装置、活塞杆、活塞头、缓冲器外筒及密封装置。本发明的着陆机构适用于垂直起降重复使用，其在收拢状态下贴合运载器外表面，降低对运载器气动影响，收拢刚度好，展开状态下，支撑面积大，承载能力强，且该机构具有质量轻、制备工艺简单、缓冲过程平稳、中途没有反弹、缓冲效率高、可以多次利用的特点，机构外壳的凸起结构还可起到火箭尾翼的气动稳定作用。

Description

一种外置式电动收放着陆机构

技术领域

本发明涉及垂直起降重复使用装置技术领域，特别涉及一种外置式电动收放着陆机构。

背景技术

垂直起降重复使用运载器基于成熟运载火箭技术，增设着陆装置，实现运载器的垂直回收，回收后的运载器经过简单的维护与推进剂补充，可以迅速投入下一次发射中，实现运载器的重复使用，垂直起降重复使用运载器的研制难度较低，地面操作和设备大大简化，单次飞行成本较低，是运载器发展的重要方向。着陆机构是运载器垂直降落回收的关键和核心部件，为运载器在回收平面稳定着陆提供支持，并在下一次发射前收起，实现重复使用。

美国“水星”号飞船和“火星探测者”登陆舱采用气囊式着陆机构，着陆后反弹次数多及翻滚，姿态不宜控制，无法实现运载器垂直降落；“阿波罗”飞船采用悬臂式着陆架，结构笨重，包络尺寸大，无法满足垂直起降重复使用运载器的气动要求；“空中起重机”采用空中悬吊机结构，系统复杂，回收运载器代价太大；

内置式可伸缩着陆机构，缓冲器内置影响运载器总体布局，同时，导致缓冲机构行程较短，支撑面积较小，限制机构的缓冲能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外置式电动收放着陆机构，以解决现有的着陆机构所存在的姿态不宜控制、无法满足垂直起降重复使用运载器的气动要求、回收运载器代价太大或缓冲能力受限等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种外置式电动收放着陆机构，包括至少三组相同的设于运载器本体上的支撑机构，每组支撑机构均包括一缓冲支柱及一着陆腿，所述缓冲支柱的上端与运载器本体转动连接，所述缓冲支柱的下端与着陆腿的下端转动连接，所述着陆腿的上端与运载器本体转动连接；

其中，所述缓冲支柱包括电动传动机构和液压缓冲装置，所述电动传动机构包括电机、轴承、丝杠、依次嵌套的若干级传动套筒，所述电机设于缓冲支柱的顶端，所述丝杠穿过所述轴承与电机的输出转轴连接，且所述丝杠位于传动套筒内部，所述丝杠用于在电机的驱动下逐级驱动所述传动套筒展开或收缩；

所述液压缓冲装置包括螺旋紧固装置、活塞杆、活塞头、缓冲器外筒及密封装置，所述液压缓冲装置通过所述螺旋紧固装置与位于最外侧的传动套筒固定连接，所述活塞杆的上端与所述螺旋紧固装置固定连接，所述活塞杆的下端与所述活塞头固定连接，所述活塞头位于所述缓冲器外筒内，所述缓冲器外筒的下端为密闭结构，上端由所述密封装置密封，所述活塞头在着陆时在缓冲器外筒内上下运动。

较佳地，所述缓冲支柱的上端通过第一耳片机构与所述运载器本体连接，所述缓冲支柱的下端通过第二耳片机构与着陆腿的下端连接，所述着陆腿的上端通过两个第三耳片机构与运载器本体转动连接。

较佳地，所述着陆腿的外表面有凸起结构，内表面设有凹槽，着陆机构收拢状态时，缓冲支柱收缩于凹槽内。

较佳地，所述着陆腿底端设置有足垫。

较佳地，每级传动套筒的顶端均设有相互连接的钢球锁装置及传动螺母，每级传动套筒的底端设有锁定凹槽，所述钢球锁装置用于与其所在的传动套筒外侧嵌套的传动套筒的锁定凹槽配合，所述传动螺母用于与丝杠啮合。

较佳地，所述钢球锁装置包括外套筒、内滑动套筒、弹簧、滑块及钢球，所述内滑动套筒套设于所述外套筒内侧，所述外套筒为具有两级台阶孔的中空结构，第一级台阶孔内径大于第二级台阶孔，所述滑块设于所述第一级台阶孔内，所述弹簧设于所述第二级台阶孔内且套设于所述内滑动套筒外侧，所述滑块由所述弹簧支撑且位于所述外套筒及内滑动套筒之间，所述外套筒还设有锁定凹槽，所述钢球被所述滑块限制在所述锁定凹槽内。

较佳地，所述传动螺母设于所述内滑动套筒内；或所述传动螺母为设置与所述内滑动套筒内侧的螺纹结构，所述螺纹结构用于与丝杠啮合。

本发明提供的外置式电动收放着陆机构实现以下有益效果：

1.本发明提供了一种外置式电动收放着陆机构，与内置式缓冲机构相比，不影响运载器内部布局，缓冲行程长，缓冲能力大，支撑面积大，着陆稳定性高。与现有的运载器着陆缓冲机构相比，收拢时紧贴运载器壁面，收拢刚度好，气动影响较小。

2.本发明提供了一种外置式电动收放着陆机构，质量轻、制备工艺简单、可以多次利用。

3.本发明提供了一种外置式电动收放着陆机构，采用电机作动，利用丝杠和螺母实现传动，执行传动套筒的展开与收缩，结构简单，加工方便，成本低廉，传动平稳。

4.本发明提供了一种外置式电动收放着陆机构，采用液压缓冲器缓冲过程平稳，中途没有反弹，结构坚固、尺寸小，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的着陆机构展开状态时侧面结构示意图；

图2为本发明的着陆机构收拢状态时侧面结构示意图；

图3为本发明中的缓冲支柱收缩状态的剖面结构示意图；

图4为本发明中缓冲支柱的钢球锁装置剖面结构示意图；

图5为本发明中的缓冲支柱展开状态的剖面结构示意图。

标号说明：1-缓冲支柱；2-着陆腿2；3-第一耳片机构；4-第二耳片机构；5-第三耳片机构；6-凸起结构；7-凹槽；8-足垫；9-电机；10-轴承；11-丝杠；12-第一级传动套筒；13-第二级传动套筒；14-第三级传动套筒；15-螺旋紧固装置；16-活塞杆；17-活塞头；18-缓冲器外筒；19-密封装置；20-第一锁定凹槽；21-第二锁定凹槽；22-外套筒；23-内滑动套筒；24-弹簧；25-滑块；26-钢球；27-限位块。

具体实施方式

为更好地说明本发明，兹以一优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体如下：

如图1所示，本实施例提供的外置式电动收放着陆机构主要是由多组相同的设于运载器本体上的支撑机构组成，其中，每组支撑机构均包括缓冲支柱1和着陆腿2。缓冲支柱1的上端通过第一耳片机构3同运载器本体连接，缓冲支柱1可以绕第一耳片机构内的螺栓旋转；缓冲支柱1的下端通过第二耳片机构4与着陆腿2下端相连，缓冲支柱1的下端及着陆腿2下端均可绕第二耳片机构4的螺栓进行相对旋转；着陆腿2的上端通过两个第三耳片机构5与运载器本体连接，着陆腿2的上端可以绕第三耳片机构5的螺栓旋转。

其中，着陆腿2的外表面有凸起结构6，内表面设有凹槽7，凹槽7的底端是与缓冲支柱1相连的第二耳片机构4。当着陆机构处于收拢状态时，缓冲支柱1收缩于凹槽7内。着陆腿2底端布置有足垫8，起到支撑地面的作用。

如图2所示，缓冲支柱1主要由电动传动机构和液压缓冲装置组成。本实施例中，电动传动机构包括电机9、轴承10、丝杠11、第一级传动套筒12、第二级传动套筒13、第三级传动套筒14。液压缓冲装置包括螺旋紧固装置15、活塞杆16、活塞头17、缓冲器外筒18和密封装置19。

电动传动机构位于缓冲支柱的上部，电机9设置于其顶端，电机9与第一级传动套筒12固定连接。第一级传动套筒12的下端开口，靠近下端的底部处设有第一锁定凹槽20，轴承10设置在其顶端，丝杠11穿过轴承10与电机9的输出转轴连接，置于第一级传动套筒12的内部中央位置处。

第二级传动套筒13嵌套于第一级传动套筒12内侧，可以相对于第一级传动套筒12上下移动，第二级传动套筒13的下端开口，接近底部设有第二锁定凹槽21，顶端设有钢球锁装置及传动螺母，传动螺母可以与丝杠11啮合。

第三级传动套筒14嵌套于第二级传动套筒13内侧，可以上下移动，第三级传动套筒14的下端开口，顶端设有钢球锁及传动螺母，传动螺母可以与丝杠11啮合。

如图3所示，上述钢球锁装置由外套筒22、内滑动套筒23、弹簧24、滑块25和钢球26组成，外套筒22为具有两级台阶孔的中空结构，第一级台阶孔内径大于第二级台阶孔，第一级台阶孔内设置有可相对外套筒22轴向滑动的滑块25。滑块25被布置在外套筒22的第二级台阶孔内侧的弹簧24支撑住。外套筒22同时开有锁定凹槽，钢球26被滑块25限制在锁定凹槽内。内滑动套筒23置于外套筒22内侧，可相对外套筒22进行有限的轴向滑动，将滑块25与弹簧24限于外套筒22的台阶内，内滑动套筒23底端的限位块27，用于控制滑块25的位置，内滑动套筒23内侧有内螺纹。本实施例中的内螺纹作为传动螺母，可与丝杠配合，达到传动目的。在其他优选实施例中，也可以在内滑动套筒23的内部固定设置传动螺母，通过该传动螺母与丝杠啮合进行传动。

液压缓冲装置通过螺旋紧固装置15与第三级传动套筒14的中部固连，活塞杆16的上端与螺旋紧固装置15固连，活塞杆16的下端与活塞头17固连，活塞头17深入缓冲器外筒18的内部，且可沿内壁面上下移动，缓冲器外筒18的下端为封死的密闭结构，上端采用密封装置19密封，可供活塞杆16传动，缓冲器内充满油液，与活塞头17配合达到缓冲效果。

其中，本领域技术人员设置着陆腿2的长度和展开角度时，在保证稳定性的前提下，可使着陆腿2的长度、重量尽可能小。同样地，丝杠11的导程和长度、每级传动套筒的独立行程、螺母宽度需使得各级套筒能够在切入点的位置与丝杠11良好地啮合，实现传动套筒的连续展开和收缩。

该缓冲着陆机构是由多个配合工作，本说明范例中采用了4组支撑机构，在其他优选实施例中，本领域技术人员可根据需要选择至少三组的上述的支撑机构，即可满足需要，同样地，本实施例中缓冲支柱上的传动套筒为三级结构，在其他实施例中可设置为其他级数。

本发明的外置式电动收放着陆机构的工作过程如下：

如图2所示，在运载器上升阶段，着陆机构处于收拢状态，缓冲支柱1收缩，完全埋入着陆腿2内侧的凹槽7内，同时，内表面贴合在运载器本体的外表面上，着陆腿2外侧的凸起结构6起到火箭尾翼的气动稳定作用。

如图3所示，处于收缩状态的缓冲支柱1，第三级传动套筒14顶端的内螺纹啮合入丝杠11的顶端，将三级传动套筒压缩在一起，收拢刚度较好。

在运载器着陆前，电机9通电，丝杠11进行旋转运动，首先驱动第三级传动套筒14沿第二级传动套筒13内壁面伸出，当第三级传动套筒14伸展到极限位置时，通过钢球锁装置与其相邻的第二级传动套筒13固联，形成一个整体。此时第三级传动套筒14的传动螺母继续与丝杠11啮合，带动第二级传动套筒13的传动螺母进入丝杠11的啮合部位，之后第三级传动套筒14螺母脱离丝杠11，丝杠11带动第二级传动套筒13螺母平动，实现第二级传动套筒13的展开。当第二级传动套筒13伸展到极限位置时,通过钢球锁装置与第一级传动套筒12固联，三级套筒形成一个整体。此时实现了整个着陆机构的连续展开，展开后如图1所示。

在着陆时，载荷通过足垫8传入液压缓冲装置，推动缓冲器外筒18向上运动，压缩下油腔的油液通过活塞头17的阻尼油孔向上油腔运动，进而产生油液阻尼力，完成缓冲吸能任务。当活塞筒运动到极限位置时，全部冲击能量被吸收，这时由于被压缩的液体反弹，推动活塞筒反向运动，最后使得着陆器的姿态得以恢复。

如图3所示，在收起着陆机构时，通过电机9反向转动带动第二级传动套筒13钢球锁装置及传动螺母中的内滑动套筒23向左运动，进而使得滑块25向左运动，使得钢球26从锁定凹槽中脱落达到解开钢球26锁的目的。此时电机9带动第二级传动套筒13向左运动，当运动到一定位置时第三级传动套筒14的传动螺母(即内滑动套筒23)啮合入丝杠11，此后电机9继续带动丝杠11转动到第二级套筒的传动螺母从丝杠11中脱离，此后第三级传动套筒14的内滑动套筒23向左运动，进而解开第三级传动套筒14的钢球锁。之后电机9带动第三级套筒向左收缩，至此完成缓冲支柱1传动套筒的连续收缩。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种外置式电动收放着陆机构，包括至少三组相同的设于运载器本体上的支撑机构，其特征在于，每组支撑机构均包括一缓冲支柱及一着陆腿，所述缓冲支柱的上端与运载器本体转动连接，所述缓冲支柱的下端与着陆腿的下端转动连接，所述着陆腿的上端与运载器本体转动连接；

其中，所述缓冲支柱包括电动传动机构和液压缓冲装置，所述电动传动机构包括电机、轴承、丝杠、依次嵌套的若干级传动套筒，所述电机设于缓冲支柱的顶端，所述丝杠穿过所述轴承与电机的输出转轴连接，且所述丝杠位于传动套筒内部，所述丝杠用于在电机的驱动下逐级驱动所述传动套筒展开或收缩；

所述液压缓冲装置包括螺旋紧固装置、活塞杆、活塞头、缓冲器外筒及密封装置，所述液压缓冲装置通过所述螺旋紧固装置与位于最外侧的传动套筒固定连接，所述活塞杆的上端与所述螺旋紧固装置固定连接，所述活塞杆的下端与所述活塞头固定连接，所述活塞头位于所述缓冲器外筒内，所述缓冲器外筒的下端为密闭结构，上端由所述密封装置密封，所述活塞头在着陆时在缓冲器外筒内上下运动。

2.根据权利要求1所述的外置式电动收放着陆机构，其特征在于，所述缓冲支柱的上端通过第一耳片机构与所述运载器本体连接，所述缓冲支柱的下端通过第二耳片机构与着陆腿的下端连接，所述着陆腿的上端通过两个第三耳片机构与运载器本体转动连接。

3.根据权利要求1所述的外置式电动收放着陆机构，其特征在于，所述着陆腿的外表面有凸起结构，内表面设有凹槽，着陆机构收拢状态时，缓冲支柱收缩于凹槽内。

4.根据权利要求1或3所述的外置式电动收放着陆机构，其特征在于，所述着陆腿底端设置有足垫。

5.根据权利要求1所述的外置式电动收放着陆机构，其特征在于，每级传动套筒的顶端均设有相互连接的钢球锁装置及传动螺母，每级传动套筒的底端设有锁定凹槽，所述钢球锁装置用于与其所在的传动套筒外侧嵌套的传动套筒的锁定凹槽配合，所述传动螺母用于与丝杠啮合。

6.根据权利要求5所述的外置式电动收放着陆机构，其特征在于，所述钢球锁装置包括外套筒、内滑动套筒、弹簧、滑块及钢球，所述内滑动套筒套设于所述外套筒内侧，所述外套筒为具有两级台阶孔的中空结构，第一级台阶孔内径大于第二级台阶孔，所述滑块设于所述第一级台阶孔内，所述弹簧设于所述第二级台阶孔内且套设于所述内滑动套筒外侧，所述滑块由所述弹簧支撑且位于所述外套筒及内滑动套筒之间，所述外套筒还设有锁定凹槽，所述钢球被所述滑块限制在所述锁定凹槽内。

7.根据权利要求6所述的外置式电动收放着陆机构，其特征在于，所述传动螺母设于所述内滑动套筒内；或所述传动螺母为设置与所述内滑动套筒内侧的螺纹结构，所述螺纹结构用于与丝杠啮合。