CN107972894B - 一种可重复使用运载器落地缓冲装置 - Google Patents

Abstract

一种可重复使用运载器落地缓冲装置，涉及航天运载器领域；包括箭体和4个支腿；其中，箭体为竖直放置的柱体结构；4个支腿相互垂直对称固定安装在箭体轴向底端的侧壁上；4个支腿同时动作，沿支腿与箭体侧壁的连接处转动，实现4个支腿的收缩或展开；箭体直径为120‑140mm；高度为510‑530mm；总质量为1.2‑1.3kg；箭体着陆后与竖直方向的夹角不大于10°；本发明可实现四腿动作反复收拢、折展变形，为运载器落地作支撑准备，在可重复使用运载器着陆装置中适应落地动作顺序、自适应调整姿态、实现稳定着陆、高效缓冲地面冲击等领域具有重要意义。

Description

一种可重复使用运载器落地缓冲装置

技术领域

本发明涉及一种航天运载器领域，特别是一种可重复使用运载器落地缓冲装置。

背景技术

可重复使用运载器不仅可实现多子级系统的大范围回收，降低航天运载器硬件成本，而且可大大简化地面配套与设备，显著降低地面操作费用，进而实现快响应、高密度、高机动发射，是面向武器、卫星等空间飞行器的空天应急作战需求、突发紧急灾害监测和抢险救灾信息支持的理想航天运载工具。着陆缓冲装置是可重复使用运载器的重要组成部分，对动作规律、缓冲设计和支腿控制等提出了很高要求。

可重复使用运载器在完成飞行任务后，依靠空气动力学自制导返回着陆场。返回过程中，为了对着陆场形成有力支撑，需要可重复运载器落地缓冲装置根据飞行时序，适时展开支撑机构；同时当返回子级以近似垂直姿态下落时，为有效避免箭体姿态倾斜导致的着陆失稳现象，需要对落地缓冲装置的姿态进行适时调整，以保证有效的支撑稳定性和箭体失稳；具备缓和地面冲击能力。

现有重复使用运载器着陆过程中，不同气象条件复杂气动环境和大范围未知着陆场地地理环境条件的影响，导致的可重复使用运载器着陆姿态倾斜导致的着陆失稳现象，以及高速落地过程中的地面冲击载荷过大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种可重复使用运载器落地缓冲装置，实现了四腿动作反复收拢、折展变形，为运载器落地作支撑准备，在可重复使用运载器着陆装置中适应落地动作顺序、自适应调整姿态、实现稳定着陆、高效缓冲地面冲击等领域具有重要意义。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种可重复使用运载器落地缓冲装置，包括箭体和4个支腿；其中，箭体为竖直放置的柱体结构；4个支腿相互垂直对称固定安装在箭体轴向底端的侧壁上；4个支腿同时动作，沿支腿与箭体侧壁的连接处转动，实现4个支腿的收拢或展开。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述箭体直径为120-140mm；高度为510-530mm；总质量为1.2-1.3kg；箭体着陆后与竖直方向的夹角不大于10°。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述的支腿包括驱动支腿、下支腿、动作支腿和支撑支腿；其中，驱动支腿的轴向一端与箭体的底端侧壁固定连接；动作支腿的轴向一端与箭体的底端侧壁固定连接，且动作支腿与箭体侧壁的连接点位于驱动支腿与箭体侧壁的连接点的下方；下支腿的轴向一端与驱动支腿的轴向另一端连接，下支腿的轴向另一端与动作支腿的中部固定连接；支撑支腿的轴向一端与动作支腿的轴向另一端固定连接。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述下支腿与动作支腿的连接点距动作支腿与箭体侧壁连接点的距离，与驱动支腿的轴向长度相同；驱动支腿与箭体侧壁连接点距动作支腿与箭体侧壁连接点的距离，与下支腿的长度相同；实现驱动支腿、下支腿、动作支腿和箭体侧壁形成平行四边形运动机构。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述的支腿还包括缓冲器；缓冲器为伸缩杆状结构；缓冲器的一端与支撑支腿的末端连接；缓冲器的另一端与动作支腿的侧壁固定连接；且缓冲器与动作支腿的连接点距动作支腿与支撑支腿连接点的距离，与支撑支腿的长度相同。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述的驱动支腿轴向长度为140-160mm；下支腿的轴向长度为140-160mm；动作支腿的轴向长度为280-320mm；支撑支腿的轴向长度为75-85mm。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述的驱动支腿、下支腿、动作支腿和支撑支腿均包括两个对称放置的支腿板；支腿板为细长板状结构；支腿板采用玻璃钢材料，厚度为3-5mm。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述驱动支腿的总宽度为30-35mm；下支腿的总宽度为36-45mm；动作支腿的总宽度为30-35mm；支撑支腿的总宽度为36-45mm。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述落地缓冲装置还包括4个驱动电机；4个驱动电机分别与驱动支腿固定连接，且位于驱动支腿与箭体的连接处，实现驱动驱动支腿的旋转运动。

在上述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，所述缓冲器中设置有陀螺仪。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了四腿变形支撑机构形式，提高了着陆支撑稳定域，实现了大范围稳定支撑；

(2)本发明采用了陀螺仪进行着陆姿态监控实现四腿联合调姿，保证四腿远端始终处于同一水平面内，提高了复杂着陆环境条件下支腿操控性和稳定性，实现了复杂着陆条件下四腿联合调姿控制；

(3)本发明采用了平行四边形连杆结构形式，将舵机运动转化为支腿末端轨迹控制，提高了机构运动效能，实现了平行四边形连杆运动传递；

(4)本发明采用了缓冲器对地面冲击进行吸收，提高了冲击力吸收能力，实现了冲击力消耗，避免基体破坏。

附图说明

图1为本发明可重复使用运载器落地缓冲装置结构示意图；

图2为本发明落地缓冲装置结构俯视图；

图3为本发明可重复使用运载器落地缓冲装置剖视图；

图4为本发明可重复使用运载器落地缓冲装置支腿动作展开过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明是针对可重复使用运载器着陆动作需要和环境适应性要求，设计并提供一种可重复使用运载器落地缓冲装置，它具有四腿变形支撑、集中控制、独立驱动、联合调姿、平行四边形连杆变形和高缓冲等特点，并且具备四腿动作反复收拢、折展变形，为运载器落地作支撑准备等诸多优点。

一种可重复使用运载器落地缓冲装置，包括箭体1和4个支腿2；其中，箭体1为竖直放置的柱体结构；4个支腿2相互垂直对称固定安装在箭体1轴向底端的侧壁上；4个支腿2同时动作，沿支腿2与箭体1侧壁的连接处转动，实现4个支腿2的收拢或展开。其中，箭体1直径为120-140mm；高度为510-530mm；总质量为1.2-1.3kg；箭体1着陆后与竖直方向的夹角不大于10°。

如图1所示为可重复使用运载器落地缓冲装置结构示意图，由图可知，支腿2包括驱动支腿3、下支腿4、动作支腿5和支撑支腿7；其中，驱动支腿3的轴向一端与箭体1的底端侧壁固定连接；动作支腿5的轴向一端与箭体1的底端侧壁固定连接，且动作支腿5与箭体1侧壁的连接点位于驱动支腿3与箭体1侧壁的连接点的下方；下支腿4的轴向一端与驱动支腿3的轴向另一端连接，下支腿4的轴向另一端与动作支腿5的中部固定连接；支撑支腿7的轴向一端与动作支腿5的轴向另一端固定连接。其中，下支腿4与动作支腿5的连接点距动作支腿5与箭体1侧壁连接点的距离，与驱动支腿3的轴向长度相同；驱动支腿3与箭体1侧壁连接点距动作支腿5与箭体1侧壁连接点的距离，与下支腿4的长度相同；实现驱动支腿3、下支腿4、动作支腿5和箭体1侧壁形成平行四边形运动机构。

且支腿2还包括缓冲器6；缓冲器6为伸缩杆状结构；缓冲器6的一端与支撑支腿7的末端连接；缓冲器6的另一端与动作支腿5的侧壁固定连接；缓冲器6中设置有陀螺仪。且缓冲器6与动作支腿5的连接点距动作支腿5与支撑支腿7连接点的距离，与支撑支腿7的长度相同。

驱动支腿3轴向长度为140-160mm；下支腿4的轴向长度为140-160mm；动作支腿5的轴向长度为280-320mm；支撑支腿7的轴向长度为75-85mm。

如图2所示为落地缓冲装置结构俯视图，由图可知，驱动支腿3、下支腿4、动作支腿5和支撑支腿7均包括两个对称放置的支腿板9；支腿板9为细长板状结构；支腿板9采用玻璃钢材料，厚度为3-5mm。驱动支腿3的总宽度为30-35mm；下支腿4的总宽度为36-45mm；动作支腿5的总宽度为30-35mm；支撑支腿7的总宽度为36-45mm。

如图3所示为可重复使用运载器落地缓冲装置剖视图，由图可知，落地缓冲装置还包括4个驱动电机8；4个驱动电机8分别与驱动支腿3固定连接，且位于驱动支腿3与箭体1的连接处，实现驱动驱动支腿3的旋转运动。

如图4所示为可重复使用运载器落地缓冲装置支腿动作展开过程示意图，由图可知，当箭体1即将着陆时驱动电机8带动驱动支腿3进行外向旋转运动；通过平行四边形连接结构，进而带动下支腿4、作动支腿5和支撑支腿7沿连接点转动，实现支撑支腿7远端的位移移动；着陆过程中陀螺仪不停监控落地缓冲装置弹轴与垂直方向的夹角，当夹角偏移一定角度时，控制器驱动4个驱动电机8，对驱动支腿3旋转角度进行控制，实现平行四边形结构形式运动，并对驱动支腿3末端位移与动作进行控制，保证4个支腿2的支撑支腿7远端始终处于同一水平面内，以保证落地过程中的姿态稳定性。

4个支腿2的驱动支腿3，各通过4个驱动电机8进行独立控制，驱动电机8旋转一定角度，带动驱动支腿转动一定角度，进而在平行四边形连杆机构动作机理基础上，实现支撑支腿7动作；各驱动电机8独立运行，保证各支腿2独立运动，排除各支腿2之间的互相干扰。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种可重复使用运载器落地缓冲装置，其特征在于：包括箭体(1)和4个支腿(2)；其中，箭体(1)为竖直放置的柱体结构；4个支腿(2)相互垂直对称固定安装在箭体(1)轴向底端的侧壁上；4个支腿(2)同时动作，沿支腿(2)与箭体(1)侧壁的连接处转动，实现4个支腿(2)的收拢或展开；所述箭体(1)直径为120-140mm；高度为510-530mm；总质量为1.2-1.3kg；箭体(1)着陆后与竖直方向的夹角不大于10°；

所述的支腿(2)包括驱动支腿(3)、下支腿(4)、动作支腿(5)和支撑支腿(7)；其中，驱动支腿(3)的轴向一端与箭体(1)的底端侧壁固定连接；动作支腿(5)的轴向一端与箭体(1)的底端侧壁固定连接，且动作支腿(5)与箭体(1)侧壁的连接点位于驱动支腿(3)与箭体(1)侧壁的连接点的下方；下支腿(4)的轴向一端与驱动支腿(3)的轴向另一端连接，下支腿(4)的轴向另一端与动作支腿(5)的中部固定连接；支撑支腿(7)的轴向一端与动作支腿(5)的轴向另一端固定连接；

所述的驱动支腿(3)轴向长度为140-160mm；下支腿(4)的轴向长度为140-160mm；动作支腿(5)的轴向长度为280-320mm；支撑支腿(7)的轴向长度为75-85mm；

驱动支腿(3)、下支腿(4)、动作支腿(5)和支撑支腿(7)均包括两个对称放置的支腿板(9)；支腿板(9)为细长板状结构；支腿板(9)采用玻璃钢材料，厚度为3-5mm；

缓冲器(6)中设置有陀螺仪；

落地缓冲装置还包括4个驱动电机(8)；4个驱动电机(8)分别与驱动支腿(3)固定连接，且位于驱动支腿(3)与箭体(1)的连接处，实现驱动驱动支腿(3)的旋转运动。

2.根据权利要求1所述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，其特征在于：所述下支腿(4)与动作支腿(5)的连接点距动作支腿(5)与箭体(1)侧壁连接点的距离，与驱动支腿(3)的轴向长度相同；驱动支腿(3)与箭体(1)侧壁连接点距动作支腿(5)与箭体(1)侧壁连接点的距离，与下支腿(4)的长度相同；实现驱动支腿(3)、下支腿(4)、动作支腿(5)和箭体(1)侧壁形成平行四边形运动机构。

3.根据权利要求2所述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，其特征在于：所述的支腿(2)还包括缓冲器(6)；缓冲器(6)为伸缩杆状结构；缓冲器(6)的一端与支撑支腿(7)的末端连接；缓冲器(6)的另一端与动作支腿(5)的侧壁固定连接；且缓冲器(6)与动作支腿(5)的连接点距动作支腿(5)与支撑支腿(7)连接点的距离，与支撑支腿(7)的长度相同。

4.根据权利要求3所述的一种可重复使用运载器落地缓冲装置，其特征在于：所述驱动支腿(3)的总宽度为30-35mm；下支腿(4)的总宽度为36-45mm；动作支腿(5)的总宽度为30-35mm；支撑支腿(7)的总宽度为36-45mm。