CN106347711B - 一种自稳定探测器月面起飞发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自稳定探测器月面起飞发射装置。本发明应用于月球探测器的上升级返回起飞中，可以在探测器上升级点火起飞时，保证上升级可靠解锁释放，发射底座稳定支撑在月球表面，并减小上升级点火后引发的火焰回卷、射流冲击以及月尘污染等问题。本发明包括发射筒、镁带锁紧机构和导向机构，发射筒设置在着陆级上，通过镁带锁紧机构在发射前限制发射筒和上升级之间的相对移动，发射时利用发动机喷出的燃气射流作用于镁带使机构解锁，并利用导向钮和定向槽对上升级起飞时进行导向。

Description

一种自稳定探测器月面起飞发射装置

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种自稳定探测器月面起飞发射装置。

背景技术

探月工程和深空探测中，我国确立了“绕、落、回”三个阶段，其中探测器落到月球表面后自主返回时，需要特别关注月面起飞这个环节。探测器从月球表面起飞过程可划分为垂直起飞段、姿态调整段及射入段，起飞段通常以着陆级作为起飞平台，通过起飞装置实现发动机点火后稳定起飞。起飞装置设计是探测器结构设计的重要方面，其关键点主要包括：1)平时上升级与着陆级可靠连接，起飞发射时可靠解锁分离；2)上升级发动机点火起飞时，着陆级稳定支撑在月球表面，提供起飞平台；3)对上升级发动机火焰和燃气进行导流，避免火焰回卷和烧蚀。

目前，较为典型的月面起飞装置主要通过支架连接上升级和着陆级，通过火工或机械方式实现两者解锁释放，使用导流板侧向排导发动机燃气。这种方式适用面广、可靠性高，但主要存在以下缺陷和不足：1)在下降着陆过程中，反溅月尘容易污染上升级发动机；2)上升级点火起飞时，火焰直接喷射到起飞平台上的导流板，冲击产生的振动影响发射平台稳定性，此外，部分高温燃气回卷，对上升级造成烧蚀；3)传统火工或机械分离装置释放时的冲击作用给上升级带来初始扰动，且影响起飞平台的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自稳定探测器月面起飞发射装置，能够保证着陆过程中着陆级与上面级可靠连接，起飞时上面级可靠解锁释放，起飞平台稳定支撑在月球表面。

实现本发明的技术方案如下：

一种自稳定探测器月面起飞发射装置，包括：发射筒5、镁带锁紧机构和导向机构；外围设备为月球探测器的着陆级与上升级；着陆级包括着陆器9、支撑架6、支撑腿7和支撑脚8。上升级包括上升器1、发动机喷管14、燃料罐2。所述发射筒5位于着陆级和喷管14之间，所述镁带锁紧机构用于在发射前锁紧发射筒5和喷管14之间的轴向和周向位移，发射时利用发动机喷出的燃气射流作用于镁带15使锁紧机构解锁。所述导向机构设置在发射筒5与发动机喷管14之间，为发动机喷管14与发射筒5之间的相对运动进行导向。

优选的，所述镁带锁紧机构由闭锁勾4、闭锁环3、扭簧11和镁带12组成，闭锁环3是安装在上升级发动机喷管出口外沿上的凹环。闭锁勾4布置于所述发射筒内壁，下端通过销钉连接在发射筒内壁，上端与上升级的喷管尾部的闭锁环3配合。扭簧11经过预压紧后通过销钉连接在闭锁勾4下端和发射筒内壁之间为闭锁勾4提供反向扭矩；镁带12位于发射筒内部，两端固连在两个闭锁勾4中部，镁带12主体位于上升级发动机喷管正下方。

优选的，所述导向机构由导向槽10和导向钮13组成。导向钮13是安装在上升级发动机喷管14外沿上的凸出物，导向槽10是沿发射筒内壁母线安装的凹型槽，其长度由发射筒长度决定，导向钮13与导向槽10为滑动配合。

优选的，闭锁勾4是钢质倒“L”型金属钩，与闭锁环3的接触面形成斜面配合。

有益效果：

1、发射稳定：点火之后，燃气充满发射筒内部空间，高压载荷作用于稳定筒底部并传导至支撑架和着陆级，使着陆级支撑腿压紧在月球表面，保证稳定发射；

2、出筒稳定：上升级在定向槽和导向钮的约束下，从发射筒内定向运动出筒，保证了起飞姿态的稳定；

3、低冲击释放：镁合金带强度较高，但熔点较低，在发动机点火后被迅速烧断，实现上升级低冲击自动解锁释放；

4、低扰动出筒：由于发射筒的存在，无需外部导流，减少了发动机射流直接冲击到着陆级造成的振动和初始扰动，实现低扰动出筒；

5、可靠防护：探测器落月过程中，密封发射筒可以阻挡发动机燃气激起的月尘；探测器起飞过程中，发动机喷焰主要封闭在发射筒内，减少了火焰回卷和烧蚀问题，有效保护上升器安全。

附图说明

图1为本发明的整体布局示意图。

图2(a)为本发明结构组成示意图的主视图；

图2(b)为本发明结构组成示意图的俯视图。

其中，1-上升器；2-燃料罐；3-闭锁环；4-闭锁勾；5-发射筒；6-支撑架；7-支撑腿；8-支撑脚；9-着陆器；10-导向槽；11-扭簧；12-镁带；13-导向钮；14-喷管。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种自稳定探测器月面起飞发射装置。该装置包括发射筒5、镁带锁紧机构和导向机构。其中，镁带锁紧机构包含闭锁勾4、扭簧11、镁带12和闭锁环3，无人探测器地面安装调试环节需要将扭簧预压紧并安装在销钉上，为闭锁勾提供扭矩，镁合金带长度必须与两闭锁勾间距相适应，误差控制在5mm以内，保证可靠闭锁。导向机构包括导向槽10和导向钮13。

在闭锁阶段，由上升器1、发动机喷管14和燃料罐2组成的上升级与着陆器9、支撑架6、支撑腿7和支撑脚8组成的着陆级之间由镁带锁紧机构闭锁，约束轴向和周向运动。

在解锁阶段，探测器上升级起飞点火时，发动机喷出的燃气射流作用于镁带12，在烧蚀和拉力共同作用下镁带断裂，两闭锁勾4之间的连接解除，闭锁勾4在扭簧11扭矩作用下向外侧张开，闭锁勾4上端与发动机闭锁环3之间的纵向约束解除，发动机喷管14在导向钮13作用下沿导向槽向上运动，上升级垂直起飞。月球表面无人起飞时，只要上升级发动机可靠点火，即可保证镁带锁紧机构自动解锁，无需额外操作。

在出筒阶段，上升级加速运动至离开发射筒时，导向槽10约束解除，上升级依靠发动机提供的动力稳定飞离着陆级，发射筒5、镁带锁紧机构、导向槽10保留在着陆级上，不随上升级运动。

在发射离筒后，上升级依靠发动机提供动力垂直起飞，支撑架、发射筒和镁带锁紧机构保留在着陆级上，不随上升级运动，不会对上升级产生过大的初始扰动。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自稳定探测器月面起飞发射装置，其特征在于，包括：发射筒(5)、镁带锁紧机构和导向机构；外围设备为月球探测器的着陆级与上升级；着陆级包括着陆器(9)、支撑架(6)、支撑腿(7)和支撑脚(8)；上升级包括上升器(1)、发动机喷管(14)和燃料罐(2)；所述发射筒(5)位于着陆级和喷管(14)之间，所述镁带锁紧机构用于在发射前锁紧发射筒(5)和喷管(14)之间的轴向和周向位移，发射时利用发动机喷出的燃气射流作用于镁带(15)使锁紧机构解锁；所述导向机构设置在发射筒(5)与发动机喷管(14)之间，为发动机喷管(14)与发射筒(5)之间的相对运动进行导向；

在所述上升级发射离筒后，上升级依靠发动机提供动力垂直起飞，所述支撑架(6)、发射筒(5)和镁带锁紧机构保留在着陆级上。

2.如权利要求1所述的自稳定探测器月面起飞发射装置，其特征在于，所述镁带锁紧机构由闭锁勾(4)、闭锁环(3)、扭簧(11)和镁带(12)组成，闭锁环(3)是安装在上升级发动机喷管出口外沿上的凹环；闭锁勾(4)布置于所述发射筒内壁，下端通过销钉连接在发射筒内壁，上端与上升级的喷管尾部的闭锁环(3)配合；扭簧(11)经过预压紧后通过销钉连接在闭锁勾(4)下端和发射筒内壁之间，为闭锁勾(4)提供反向扭矩；镁带(12)位于发射筒内部，两端固连在两个闭锁勾(4)中部，镁带(12)主体位于上升级发动机喷管正下方。

3.如权利要求1所述的自稳定探测器月面起飞发射装置，其特征在于，所述导向机构由导向槽(10)和导向钮(13)组成；导向钮(13)是安装在上升级发动机喷管(14)外沿上的凸出物，导向槽(10)是沿发射筒内壁母线安装的凹型槽，其长度由发射筒长度决定，导向钮(13)与导向槽(10)为滑动配合。

4.如权利要求1所述的自稳定探测器月面起飞发射装置，其特征在于，闭锁勾(4)是钢质倒“L”型金属钩，与闭锁环(3)的接触面形成斜面配合。