CN106742079A - 一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置 - Google Patents

一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置 Download PDF

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Abstract

一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置，包括：火箭、外筒、上支架、中筒、下支架、内筒和足垫；外筒和上支架与火箭外表面通过转动副连接，上支架与下支架通过转动副连接；外筒、中筒和内筒通过滑动副连接；下支架通过转动副与中筒连接，足垫和内筒采用球铰连接，内筒设有液压缓冲装置；火箭着陆时，中筒由外筒内伸出，带动上支架和下支架由收拢折叠状态转为展开状态，着陆缓冲装置与地面接触时，内筒在中筒内缩回，通过液压缓冲装置实现火箭的着陆缓冲。本发明的着陆缓冲装置安装于火箭箭体下方，采用液压缓冲方式，实现着陆瞬间对冲击能量的吸收，用于重复使用火箭的垂直回收着陆，也适用于着陆器在各类星体如地球、月球、火星、小行星的软着陆。

Description

一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置
技术领域
本发明涉及一种着陆缓冲装置，特别是一种适用于运载火箭可重复使用的着陆缓冲装置。
背景技术
为了降低航天器的成本，越来越多的国家开始研究可重复使用航天器。航天器的可重复使用的重要环节是对航天器进行回收，航天器回收过程中，着陆是回收过程的最后一个步骤，也是决定回收成功与否的关键所在。目前，各国研究的回收系统主要包括气囊式、伞群式或海面溅落，而水平着陆的航天器则大多采用成熟的起落架式的着陆机构。随着国外火箭发射并垂直返回，垂直返回航天器的着陆支撑机构也引起了各方关注。通过火箭垂直返回着陆技术研究，为火箭无损回收使用提供一种崭新技术途径。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有上述现有技术的不足，提供一种运载火箭可重复使用的着陆缓冲装置。
本发明的技术解决方案是：一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置，包括：外筒、上支架、中筒、下支架、内筒和足垫；所述外筒的一端和上支架的一端均通过转动副安装于火箭的外表面，所述上支架的另一端与下支架一端通过转动副连接；所述外筒另一端通过滑动副与所述中筒连接，所述中筒和内筒通过滑动副连接；所述下支架另一端通过转动副与所述中筒连接，用于增大着陆接触面积的足垫和内筒采用球铰连接，所述内筒内设置有液压缓冲装置；所述着陆缓冲装置着陆时为展开状态，未工作时为收拢折叠状态，运载火箭着陆时，中筒由外筒内伸出，带动上支架和下支架由收拢折叠状态转换为展开状态，着陆缓冲装置与地面接触时，内筒在中筒内缩回，通过所述液压缓冲装置缓冲，实现运载火箭的着陆缓冲。
进一步的，所述内筒安装于所述中筒内部，所述中筒安装于外筒的内部。
进一步的，展开状态时，所述外筒、上支架、中筒、下支架与火箭组成稳定的三角形结构。
进一步的，所述外筒外壁分别设置有推力弹簧杆和螺栓，所述推力弹簧杆两端分别与所述外筒和中筒连接，收拢状态时，所述螺栓锁紧所述外筒和中筒；由收拢折叠状态转换为展开状态时，螺栓解锁，推力弹簧杆推动中筒由外筒内伸出。
进一步的，所述液压缓冲装置包括设置于内筒的控制阀和波纹管，所述波纹管将所述内筒内腔隔离为液腔和气腔，所述液腔、波纹管的内腔以及所述内筒与中筒内腔构成的密闭腔内充满液体介质，所述密闭腔、液腔、波纹管的内腔通过液体流道连通，连通所述液腔和波纹管的内腔的流道上设置有控制阀，所述气腔内充有空气介质；着陆缓冲装置与地面接触时，内筒受压向中筒内腔移动，密闭腔内的液体介质通过液体流道流到液腔中，使得液腔压力增大，分别推动波纹管向气腔移动和通过控制阀进入波纹管的内腔使波纹管沿轴向膨胀,压缩气腔内的气腔，经过控制阀的节流阻尼作用，实现缓冲。
进一步的，所述着陆缓冲装置包括球头，所述球头一端插入到内筒端面，另一端连接足垫。
进一步的，所述着陆缓冲装置为多个，多个着陆缓冲装置沿火箭的圆形外表面均匀设置。
进一步的，所述着陆缓冲装置为3个或4个。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、本发明的运载火箭可重复使用着陆缓冲装置采用液压缓冲装置进行可重复使用运载火箭垂直返回着陆，最大限度的实现火箭无损着陆，有利于提升火箭的可重复使用率。
(2)、本发明的运载火箭可重复使用着陆缓冲装置采用基于油气分离的液压高性能缓冲器攻克空间环境油气混合带来的物理难题。
(3)、本发明的运载火箭可重复使用着陆缓冲装置设计大展开收拢比的展开锁定机构大大提升了火箭着陆的稳定性，且缓冲器仍能正常工作，不发生卡滞现象。
附图说明
图1为本发明着陆缓冲装置收拢折叠状态的结构示意图；
图2为本发明着陆缓冲装置缓冲前展开状态的结构示意图；
图3为本发明着陆缓冲装置缓冲后展开状态的结构示意图；
图4为本发明着陆缓冲装置的缓冲器结构布局图；
图5为本发明着陆缓冲装置的缓冲器压缩前状态图；
图6为本发明着陆缓冲装置的缓冲器压缩后状态图。
具体实施方式
如图1-6所示，一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置，包括：外筒2、上支架3、中筒4、下支架5、内筒6和足垫7；所述外筒2的一端和上支架3的一端均通过转动副安装于火箭1的外表面，所述上支架3的另一端与下支架5一端通过转动副连接；所述外筒2另一端通过滑动副与所述中筒4连接，所述中筒4和内筒6通过滑动副连接，所述内筒6安装于所述中筒4内部，所述中筒4安装于外筒2的内部；所述外筒2外壁分别设置有推力弹簧杆2-1和螺栓2-2，所述推力弹簧杆2-1两端分别与所述外筒2和中筒4连接；所述下支架5另一端通过转动副与所述中筒4连接，用于增大着陆接触面积的足垫7和内筒6采用球铰连接，所述内筒6内设置有液压缓冲装置，所述液压缓冲装置包括设置于内筒6的控制阀6-1和波纹管6-2，所述波纹管6-2将所述内筒6内腔隔离为液腔和气腔，所述液腔、波纹管6-2的内腔以及所述内筒6与中筒4内腔构成的密闭腔内充满液体介质，所述密闭腔、液腔、波纹管6-2的内腔通过液体流道连通，连通所述液腔和波纹管6-2的内腔的流道上设置有控制阀6-1，所述气腔内充有空气介质，包括球头6-3，所述球头一端插入到内筒6端面，另一端连接足垫7，向所述气腔充气时，将所述球头6-3从所述内筒6端面拔出，通过插拔孔向所述气腔充气；所述着陆缓冲装置着陆时为展开状态，未工作时为收拢折叠状态。
优选的，所述着陆缓冲装置为多个，多个着陆缓冲装置沿火箭1的圆形外表面均匀设置。优选的，所述着陆缓冲装置为3个或4个。
优选的，所述着陆缓冲装置适用于运载火箭垂直着陆，也适用于地球、月球、火星、小行星等天体着陆探测。
本发明所述的着陆缓冲装置的工作过程如下：
着陆缓冲装置未工作时为收拢折叠状态，所述螺栓2-2锁紧所述外筒2和中筒4；着陆前，螺栓2-2解锁，解除外筒2和中筒4的固定约束，在推力弹簧杆2-1及内筒6初始压力的作用下，推力弹簧杆2-1推动中筒4由外筒2内伸出，带动上支架3和下支架5由收拢折叠状态转换为展开状态，展开状态时，所述外筒2、上支架3、中筒4、下支架5与火箭1组成稳定的三角形结构，该结构不变形；展开之后的着陆缓冲装置与地面接触时，内筒6受压向中筒4内腔移动，密闭腔内的液体介质通过液体流道流到液腔中，使得液腔压力增大，分别推动波纹管6-2向气腔移动和通过控制阀6-1进入波纹管6-2的内腔使波纹管沿轴向膨胀,压缩气腔内的气腔，经过控制阀6-1的节流阻尼作用，实现缓冲，在此缓冲过程中绝大部分动能转变为热能逸散到大气中，剩余少部分能量转化为液体介质的液压能，储存于气腔中；最终降低火箭着陆冲击过载，使火箭以一定的着陆姿态安全着陆在地面。
本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种运载火箭可重复使用着陆缓冲装置，其特征在于：包括外筒(2)、上支架(3)、中筒(4)、下支架(5)、内筒(6)和足垫(7)；所述外筒(2)的一端和上支架(3)的一端均通过转动副安装于火箭(1)的外表面，所述上支架(3)的另一端与下支架(5)一端通过转动副连接；所述外筒(2)另一端通过滑动副与所述中筒(4)连接，所述中筒(4)和内筒(6)通过滑动副连接；所述下支架(5)另一端通过转动副与所述中筒(4)连接，用于增大着陆接触面积的足垫(7)和内筒(6)采用球铰连接，所述内筒(6)内设置有液压缓冲装置；所述着陆缓冲装置着陆时为展开状态，未工作时为收拢折叠状态，运载火箭着陆时，中筒(4)由外筒(2)内伸出，带动上支架(3)和下支架(5)由收拢折叠状态转换为展开状态，着陆缓冲装置与地面接触时，内筒(6)在中筒(4)内缩回，通过所述液压缓冲装置缓冲，实现运载火箭的着陆缓冲。
2.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：所述内筒(6)安装于所述中筒(4)内部，所述中筒(4)安装于外筒(2)的内部。
3.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：展开状态时，所述外筒(2)、上支架(3)、中筒(4)、下支架(5)与火箭(1)组成稳定的三角形结构。
4.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：所述外筒(2)外壁分别设置有推力弹簧杆(2-1)和螺栓(2-2)，所述推力弹簧杆(2-1)两端分别与所述外筒(2)和中筒(4)连接，收拢状态时，所述螺栓(2-2)锁紧所述外筒(2)和中筒(4)；由收拢折叠状态转换为展开状态时，螺栓(2-2)解锁，推力弹簧杆(2-1)推动中筒(4)由外筒(2)内伸出。
5.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：所述液压缓冲装置包括设置于内筒(6)的控制阀(6-1)和波纹管(6-2)，所述波纹管(6-2)将所述内筒(6)内腔隔离为液腔和气腔，所述液腔、波纹管(6-2)的内腔以及所述内筒(6)与中筒(4)内腔构成的密闭腔内充满液体介质，所述密闭腔、液腔、波纹管(6-2)的内腔通过液体流道连通，连通所述液腔和波纹管(6-2)的内腔的流道上设置有控制阀(6-1)，所述气腔内充有空气介质；着陆缓冲装置与地面接触时，内筒(6)受压向中筒(4)内腔移动，密闭腔内的液体介质通过液体流道流到液腔中，使得液腔压力增大，分别推动波纹管(6-2)向气腔移动和通过控制阀(6-1)进入波纹管(6-2)的内腔使波纹管沿轴向膨胀,压缩气腔内的气腔，经过控制阀(6-1)的节流阻尼作用，实现缓冲。
6.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：包括球头(6-3)，所述球头一端插入到内筒(6)端面，另一端连接足垫(7)。
7.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：所述着陆缓冲装置为多个，多个着陆缓冲装置沿火箭(1)的圆形外表面均匀设置。
8.根据权利要求1所述的着陆缓冲装置，其特征在于：所述着陆缓冲装置为3个或4个。
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