CN105539887A - 运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构 - Google Patents

运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构，包括地面连接器面板(1)和与之平行的动平台(2)，在所述动平台(2)与地面连接器面板(1)之间矩阵分布有4条运动支链(3)，所述4条运动支链(3)将所述动平台(2)与地面连接器面板(1)活动连接。本发明的位姿补偿机构，使地面对接装置与箭体之间在对接和随动过程中能自动准确对位。

Description

运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构
技术领域
本发明属于一种运载火箭地面加注设备中的机械技术领域，涉及一种自动对接加泄连接器位姿补偿机构。可应用于火箭对接、机械撞击缓冲等领域。
技术背景
运载火箭自动对接技术，可极大的缩短火箭等航天器的燃料加注准备时间，提高了发射效率，同时消除了工作人员直接参与对自身安全带来危险。
经过美、俄、法等国的长期研究，形成了以美国为首的“箭栖”对接技术和以俄罗斯为首的“架栖”对接方式。“箭栖”不能实现脱落后再次对接，而“架栖”属于刚性装配，加注口只能位于箭体尾端。目前国内仍采用人工方式实现地面对接装置与箭体对接和再对接。
因此，现有技术存在的问题是：地面对接装置与箭体之间在自动对接和随动过程中存在错位。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构，使地面对接装置与箭体之间在对接和随动过程中能自动准确对位。
一种运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构，包括地面连接器面板以及与之平行的动平台，在所述动平台与地面连接器面板之间矩阵分布有4条运动支链，所述4条运动支链将所述动平台与地面连接器面板活动连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
地面对接装置与箭体之间在对接和随动过程中能自动准确对位。
本发明通过4条运动支链将所述动平台与地面连接器面板活动连接，能实现六个自由度的全方位补偿，用来补偿执行机构随动箭体产生的位置和姿态差量，使箭体不致于受到较大的撕扯力，改善了箭体的受力性能。本发明结构简单，承载能力强，占用空间体积小，安装调试简单。在静平衡阶段，对于地面连接器面板因连接管路和安装其他装置产生的质量偏心带来的偏转，可容易地调节纠正。同时，由于液体加注造成的连接器面板重力增大对该机构产生的影响主要是上下的形变，为实现软件补偿降低箭体受力提供了可能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构的结构示意图。
图2为图1沿前后滑移杆轴向的剖视图。
图3为图1中左右滑移杆的局部详图。
图中，1-地面连接器面板、2-动平台、3-运动支链，4-箭上连接器面板、
41-锥孔结构、11-对中导杆，
31-前后滑移杆、311突起，312、313-前后弹簧、314-套筒、315-调节端盖、
32-上下滑移杆、321-上下调节螺母、322-上下弹簧、
33-左右滑移杆、331-左右调节螺母、332-左右弹簧、
34-half结构、35-双头螺柱。
具体实施方式
如图1所示，本发明运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构，包括地面连接器面板1以及与之平行的动平台2，在所述动平台2与地面连接器面板1之间矩阵分布有4条运动支链3，所述4条运动支链3将所述动平台2与地面连接器面板1活动连接。
通过4条运动支链将所述动平台与地面连接器面板活动连接，能实现六个自由度的全方位补偿，用来补偿执行机构随动箭体产生的位置和姿态差量，使箭体不致于受到较大的撕扯力，改善了箭体的受力性能。
所述运动支链3包括前后滑移杆31、上下滑移杆32、左右滑移杆33、half结构34双头螺柱35；
所述前后滑移杆31与上下滑移杆32垂直，所述左右滑移杆33与前后滑移杆31和上下滑移杆32均垂直，所述左右滑移杆33与上下滑移杆32所在平面与地面连接器面板1平行；
所述左右滑移杆33通过双头螺柱35与地面连接器面板1固定连接，所述前后滑移杆31的一端通过half结构34与上下滑移杆32连接，其另一端垂直穿过动平台2，并与动平台2间隙配合，所述上下滑移杆(32)下部设有供左右滑移杆(33)垂直穿过的左右通孔，使左右滑移杆(33)与上下滑移杆(32)间隙配合。
如图2所示，所述前后滑移杆31上设有突起311，在突起311靠近动平台2一侧的前后滑移杆31上套装有前弹簧312，在远离动平台2一侧的前后滑移杆31上套装有后弹簧313，还包括一套筒314，所述套筒314套装在所述前弹簧312和后弹簧313外，其一端与动平台2固定连接，另一端通过调节端盖315压住后弹簧313，所述前后滑移杆31间隙配合穿过调节端盖315。
套筒314通过螺栓组与动平台2固连，调节端盖315与套筒314螺纹连接，前、后弹簧312、313套在前后滑移杆31上并安装在筒内。前后滑移杆31与half结构34螺纹连接，并用顶丝防松。
如图2所示，所述上下滑移杆32的上端设有上下调节螺母321，在所述上下调节螺母321与half结构34之间套装有上下弹簧322。
如图3所示，所述左右滑移杆33上设有左右调节螺母331，在所述左右调节螺母331与half结构34之间套装有左右弹簧332。
左右两个相邻的左右滑移杆33的靠近端同轴固定连接，双头螺柱35分别设于远离左右相邻的左右滑移杆33的一端。
所述左右调节螺母331设于靠近左右相邻的左右滑移杆33的一端。
前后滑移杆31相对于套筒314、上下滑移杆32相对于前后滑移杆31、左右滑移杆33相对于上下滑移杆32均可以沿自身轴线方向移动及绕自身轴线转动，实现六个自由度的全方位补偿。
四根前后滑移杆31垂直于动平台2，同类型的滑移杆互相平行，不同类型的滑移杆相互垂直，使机构在三个方向的移动互不影响。该机构对转角的补偿，是通过各滑移杆运动耦合产生一个偏角，该机构是一个部分耦合被动机构。
位姿补偿机构采用四条支链，使该机构具有足够的承载能力。调节端盖315可以调节套筒314内弹簧的预压缩量，在共同压缩量范围内，前后滑移杆31对外刚度表现出两根弹簧刚度之和。同时，可以通过调节各筒内弹簧不同的压缩量，实现对平衡状态的微调。对于地面连接器面板1质量偏心导致的偏转问题，通过上下调节螺母321调节不同弹簧的压缩量，实现地面连接器面板1的初始竖直状态。机构中所有的弹簧都套在滑移杆上，使弹簧具有良好的稳定性。考虑到装配，如图2所示，将上下滑移杆32分成了三部分，中间结构32-2两端为阶梯轴，最外侧段有螺纹，用于连接，内侧段为光轴，用于导向。
地面连接器面板1上安装了锁紧装置、对中导杆11和各种单体连接器等，与之对接的箭上连接器面板4上有对应的连接器接口，箭上连接器面板4安装在箭体上。对中导杆11布置在地面连接器面板1的上下两端，与箭上连接器面板4上的锥孔41对接实现对中导向的作用，使在存在一定位姿偏差的情况下，也能实现连接器的对接。
位姿补偿机构安装在执行机构的末端，用来补偿执行机构随动箭体产生的位置和姿态差量。能实现六个自由度的全方位补偿。
在对接之前，需要调整位姿补偿机构的初始状态，使地面连接器面板1处于竖直状态，相对于动平台2平行，没有转角偏差。在执行机构驱动下，整个位姿补偿机构会伴随箭体运动并趋近箭体，对中导杆11会越来越接近箭上连接器面板4上的锥孔。由于对中导杆11与锥孔之间由于各种原因会始终存在一定量的偏差，对中导杆11首先接触的地方是锥孔的锥面，在接触力的作用下，位姿补偿机构会做出相应的变形。在对接力的强行作用下，对中导杆11插入锥孔，完成对中导向。在该过程中，位姿补偿机构的形变补偿了上述的偏差，实现了连接器的对接。
当推进剂加注完成，执行机构在随动箭体的同时，开始向后移动。位姿补偿机构的被动变形，补偿了上述的位姿偏差。同时8根前后弹簧312、313不仅在对接阶段提供了足够的对接力，在脱落阶段也提供了足够的分离力。分离完成后，位姿补偿机构在内部弹簧预载力的作用下，恢复到初始状态，为再次对接做好准备。
在本实施例中，位姿补偿机构通过自身的被动变形，补偿了对接过程、随动过程以及脱落过程中位姿偏差，避免了对接机构和箭体因位姿偏差导致的结构破坏。同时，该位姿补偿机构体积小，便于火箭升空尾部火焰烧蚀阶段的保护；四根上下弹簧322承载地面连接器面板1重力，承载能力强，可有效支撑地面连接器面板1上的各种附加质量；有多个调节元件315、321、331，便于初始平衡位置的调节。

Claims (6)

1.一种运载火箭自动对接加泄连接器位姿补偿机构，其特征在于：
包括地面连接器面板(1)和与之平行的动平台(2)，在所述动平台(2)与地面连接器面板(1)之间矩阵分布有4条运动支链(3)，所述4条运动支链(3)将所述动平台(2)与地面连接器面板(1)活动连接。
2.根据权利要求1所述的位姿补偿机构，其特征在于：所述运动支链(3)包括前后滑移杆(31)、上下滑移杆(32)、左右滑移杆(33)、half结构(34)双头螺柱(35)；
所述前后滑移杆(31)与上下滑移杆(32)垂直，所述左右滑移杆(33)与前后滑移杆(31)和上下滑移杆(32)均垂直，所述左右滑移杆(33)与上下滑移杆(32)所在平面与地面连接器面板(1)平行；
所述左右滑移杆(33)通过双头螺柱(35)与地面连接器面板(1)固定连接，所述前后滑移杆(31)的一端通过half结构(34)与上下滑移杆(32)连接，其另一端垂直穿过动平台(2)，并与动平台(2)间隙配合，所述上下滑移杆(32)下部设有供左右滑移杆(33)垂直穿过的左右通孔，使左右滑移杆(33)与上下滑移杆(32)间隙配合；
所述前后滑移杆(31)上设有突起(311)，在突起(311)靠近动平台(2)一侧的前后滑移杆(31)上套装有前弹簧(312)，在远离动平台(2)一侧的前后滑移杆(31)上套装有后弹簧(313)，还包括一套筒(314)，所述套筒(314)套装在所述前弹簧(312)和后弹簧(313)外，其一端与动平台(2)固定连接，另一端通过调节端盖(315)压住后弹簧(313)，所述前后滑移杆(31)间隙配合穿过调节端盖(315)。
3.根据权利要求2所述的位姿补偿机构，其特征在于：所述上下滑移杆(32)的上端设有上下调节螺母(321)，在所述上下调节螺母(321)与half结构(34)之间套装有上下弹簧(322)。
4.根据权利要求2或3所述的位姿补偿机构，其特征在于：所述左右滑移杆(33)上设有左右调节螺母(331)，在所述左右调节螺母(331)与上下滑移杆(32)之间套装有左右弹簧(332)。
5.根据权利要求4所述的位姿补偿机构，其特征在于：左右两个相邻的左右滑移杆(33)的靠近端同轴固定连接，双头螺柱(35)分别设于远离左右相邻的左右滑移杆(33)的一端。
6.根据权利要求5所述的位姿补偿机构，其特征在于：所述左右调节螺母(331)设于靠近左右相邻的左右滑移杆(33)的一端。
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