CN109533297B - 基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构及其方法，运载器着陆机构包含至少三个周向均匀设置在运载器的侧壁上的着陆支架；着陆支架包含抗坠毁装置、收放支柱、油气式缓冲装置和辅助壳体；抗坠毁装置固定在运载器的外壁上，其活塞通过连杆和收放支柱的一端铰接，收放支柱的另一端和油气式缓冲装置的一端同轴固连；辅助壳体呈三角状，其中两个角分别和运载器侧壁下端铰接，另一个角油气式缓冲装置的另一端铰接。本发明既可以实现大自重运载器正常工况下的重复使用，又可实现危险工况下的安全回收，同时实现了结构的轻量化和紧凑化。
Description
技术领域
本发明涉及可重复使用运载器缓冲系统领域，尤其涉及一种基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构及其方法。
背景技术
越来越多的国家开始对运载器的重复使用技术进行研究，诞生了一种可重复使用运载器，该运载器在完成发射任务后，在反推火箭的作用下进行减速调姿，达到安全着陆条件后，利用缓冲着陆支架安全降落至着陆场。目前，SPACEX公司研制的Falcon-9系列可重复使用运载器已进行多次发射，并取得成功。我国的可重复使用运载器还处于研制阶段，暂未投入运营。在运载器的回收过程中，着陆缓冲支架的可靠性是其能否安全着陆的必要保证，其性能影响着回收任务的成败。
现有的可重复使用运载器缓冲系统多使用铝蜂窝压溃材料进行吸能缓冲，其具有质量轻，缓冲吸能效率高等优点，但其无法实现可重复使用，变形后无法恢复，不能对运载器的着陆进行姿态自修复。另外，着陆过程中由于控制系统精度问题以及着陆环境中的突发情况，可能发生超过缓冲系统设计状态的危险工况，导致运载器结构损毁，目前已知的技术方案是采用油液-蜂窝多级缓冲装置来解决此类问题。但是，多级缓冲器设置于缓冲支柱上，需要占用大量空间，不利用着陆支架的轻量化设计。现阶段，设计一种可重复使用的、满足危险着陆工况同时兼顾结构轻量化要求的运载器缓冲系统是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有可重复使用运载器缓冲系统技术的不足，提出了一种基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构及其方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，包含至少三个周向均匀设置在运载器的侧壁上的着陆支架；
所述着陆支架包含抗坠毁装置、收放支柱、油气式缓冲装置和辅助壳体；
所述抗坠毁装置包含外筒和活塞；
所述外筒固定在所述运载器的外壁上，上端封闭、下端开口，且内壁上设有若干和其轴线平行的导轨；
所述活塞包含活塞头和连杆，所述活塞头的侧壁上设有和和所述外筒内壁上导轨一一对应的滑槽，所述活塞头能够沿外壁内壁上的导轨上下滑动；所述连杆一端和所述活塞头的下端面固连，另一端和所述收放支柱的一端铰接，使得所述收放支柱能够绕所述连杆上下转动；
所述外筒的下端设有用于限制所述活塞头脱出外筒的挡板；所述活塞头的下端面和所述挡板相抵、活塞头的上端面和外筒形成的腔体内设有压溃缓冲材料；所述外筒的侧壁上设有在所述活塞头滑动时供所述连杆运动通过的开口槽；
所述油气式缓冲装置包含筒体和活塞杆，其中，所述活塞杆和所述收放支柱同轴设置、通过法兰盘和所述收放支柱的另一端固连；
所述辅助壳体呈三角状，其中两个角分别和运载器侧壁下端铰接，另一个角和所述筒体远离活塞杆的一端铰接；
所述收放支柱用于根据外部命令收缩或伸长，使得所述辅助壳体贴合至运载器的外壁上或展开进行着陆。
作为本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构进一步的优化方案，所述筒体远离活塞杆的一端还设有足垫，用于在着陆时进一步进行缓冲。
作为本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构进一步的优化方案，所述着陆支架的个数为四个。
作为本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构进一步的优化方案，所述运载器的外壁上用于安置各个着陆支架抗坠毁装置外筒的凹槽，使得各个着陆支架抗坠毁装置的外筒嵌入运载器的外壁内并和运载器的外壁固连。
作为本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构进一步的优化方案，所述压溃缓冲材料采用铝蜂窝形变缓冲材料。
本发明还公开了一种该基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构的工作方法，包含以下过程：
需要着陆机构收起时，控制各个着陆支架的收放支柱进行收缩，直至各个着陆支架的辅助壳体贴合至运载器的外壁时控制各个着陆支架的收放支柱进行锁死；
需要展开着陆机构进行着陆时，控制各个着陆支架的收放支柱展开，使得各个着陆支架筒体远离活塞杆的一端低于运载器的下端面，控制各个着陆支架的收放支柱进行锁死；
着陆时，若各个着陆支架的受力不足以使得其压溃缓冲材料发生压溃时，各个着陆支架的油气式缓冲装置工作、抗坠毁装置不工作，抗坠毁装置中的压溃缓冲材料仅发生微小的弹性形变；否则，各个着陆支架的油气式缓冲装置和抗坠毁装置同时工作，油气式缓冲装置进行一级缓冲后将冲击能量传递至抗坠毁装置，抗坠毁装置中的压溃缓冲材料发生压溃，对竖直方向上的冲击能量进行吸收，进行二级缓冲，保护运载器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 对比已有的单一缓冲器着陆支架，本发明采用油气式缓冲器可实现正常着陆工况下的重复使用，采用抗坠毁装置来实现危险工况下的安全回收；
2. 对比已有的多级串联缓冲器，本发明抗坠毁装置的外筒安装在运载器内部，不占用收放支柱长度，可满足轻量化、紧凑化要求；
3. 本发明充分利用机构的空间布置和空间运动，在抗坠毁装置外筒上开有开口槽，内部设有导轨，在满足设计要求的基础之上，大大减小了抗坠毁装置活塞杆的长度，也使得其传力性能更好；
5. 本发明适用于大自重运载器在复杂环境下的回收。
附图说明
图1是本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构的结构示意图；
图2是本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构的局部剖面图；
图3是本发明基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构中抗坠毁装置和收放支柱相配合的结构示意图。
图中，1-运载器，2-抗坠毁装置的外筒，3-抗坠毁装置外筒上的开口槽，4-抗坠毁装置活塞的连杆，5-收放支柱，6-油气式缓冲装置的活塞杆，7-油气式缓冲装置的筒体，8-辅助壳体，9-足垫，10-抗坠毁装置外筒内壁上的导轨，11-压溃缓冲材料，12-挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，包含至少三个周向均匀设置在运载器的侧壁上的着陆支架；着陆支架包含抗坠毁装置、收放支柱、油气式缓冲装置和辅助壳体。
如图2所示，抗坠毁装置包含外筒和活塞；外筒固定在运载器的外壁上，上端封闭、下端开口，且内壁上设有若干和其轴线平行的导轨；活塞包含活塞头和连杆，活塞头的侧壁上设有和和外筒内壁上导轨一一对应的滑槽，活塞头能够沿外壁内壁上的导轨上下滑动；连杆一端和活塞头的下端面固连，另一端和收放支柱的一端铰接，使得收放支柱能够绕连杆上下转动，如图3所示；外筒的下端设有用于限制活塞头脱出外筒的挡板；活塞头的下端面和挡板相抵、活塞头的上端面和外筒形成的腔体内设有压溃缓冲材料；外筒的侧壁上设有在活塞头滑动时供连杆运动通过的开口槽。
油气式缓冲装置包含筒体和活塞杆，其中，活塞杆和收放支柱同轴设置、通过法兰盘和收放支柱的另一端固连；辅助壳体呈三角状，其中两个角分别和运载器侧壁下端铰接，另一个角和筒体远离活塞杆的一端铰接；收放支柱用于根据外部命令收缩或伸长，使得辅助壳体贴合至运载器的外壁上或展开进行着陆。
筒体远离活塞杆的一端还设有足垫，用于在着陆时进一步进行缓冲。
着陆支架的个数优先设置为四个，压溃缓冲材料优先采用铝蜂窝形变缓冲材料。
运载器的外壁上用于安置各个着陆支架抗坠毁装置外筒的凹槽，使得各个着陆支架抗坠毁装置的外筒嵌入运载器的外壁内并和运载器的外壁固连。
本发明还公开了一种该基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构的工作方法，包含以下过程：
需要着陆机构收起时，控制各个着陆支架的收放支柱进行收缩，直至各个着陆支架的辅助壳体贴合至运载器的外壁时控制各个着陆支架的收放支柱进行锁死；
需要展开着陆机构进行着陆时，控制各个着陆支架的收放支柱展开，使得各个着陆支架筒体远离活塞杆的一端低于运载器的下端面，控制各个着陆支架的收放支柱进行锁死；
着陆时，若各个着陆支架的受力不足以使得其压溃缓冲材料发生压溃时，各个着陆支架的油气式缓冲装置工作、抗坠毁装置不工作，抗坠毁装置中的压溃缓冲材料仅发生微小的弹性形变；否则，各个着陆支架的油气式缓冲装置和抗坠毁装置同时工作，油气式缓冲装置进行一级缓冲后将冲击能量传递至抗坠毁装置，抗坠毁装置中的压溃缓冲材料发生压溃，对竖直方向上的冲击能量进行吸收，进行二级缓冲，保护运载器。
本发明在正常着陆工况下，压溃材料不发生压溃，仅油气式缓冲器工作，对运载器的着陆能量进行吸收，可以满足缓冲装置的重复使用；危险工况下，抗坠毁装置开始工作，对运载器及其配套的缓冲装置起到保护作用。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，其特征在于，包含至少三个周向均匀设置在运载器的侧壁上的着陆支架；
所述着陆支架包含抗坠毁装置、收放支柱、油气式缓冲装置和辅助壳体；
所述抗坠毁装置包含外筒和活塞；
所述外筒固定在所述运载器的外壁上，上端封闭、下端开口，且内壁上设有若干和其轴线平行的导轨；
所述活塞包含活塞头和连杆，所述活塞头的侧壁上设有和所述外筒内壁上导轨一一对应的滑槽，所述活塞头能够沿外筒内壁上的导轨上下滑动；所述连杆一端和所述活塞头的下端面固连，另一端和所述收放支柱的一端铰接，使得所述收放支柱能够绕所述连杆上下转动；
所述外筒的下端设有用于限制所述活塞头脱出外筒的挡板；所述活塞头的下端面和所述挡板相抵、活塞头的上端面和外筒形成的腔体内设有压溃缓冲材料；所述外筒的侧壁上设有在所述活塞头滑动时供所述连杆运动通过的开口槽；
所述油气式缓冲装置包含筒体和活塞杆，其中，所述活塞杆和所述收放支柱同轴设置、通过法兰盘和所述收放支柱的另一端固连；
所述辅助壳体呈三角状，其中两个角分别和运载器侧壁下端铰接，另一个角和所述筒体远离活塞杆的一端铰接；
所述收放支柱用于根据外部命令收缩或伸长，使得所述辅助壳体贴合至运载器的外壁上或展开进行着陆。
2.根据权利要求1所述的基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，其特征在于，所述筒体远离活塞杆的一端还设有足垫，用于在着陆时进一步进行缓冲。
3.根据权利要求1所述的基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，其特征在于，所述着陆支架的个数为四个。
4.根据权利要求1所述的基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，其特征在于，所述运载器的外壁上用于安置各个着陆支架抗坠毁装置外筒的凹槽，使得各个着陆支架抗坠毁装置的外筒嵌入运载器的外壁内并和运载器的外壁固连。
5.根据权利要求1所述的基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构，其特征在于，所述压溃缓冲材料采用铝蜂窝形变缓冲材料。
6.基于权利要求1所述的基于油气缓冲和抗坠毁装置的运载器着陆机构的工作方法，其特征在于，包含以下过程：
需要着陆机构收起时，控制各个着陆支架的收放支柱进行收缩，直至各个着陆支架的辅助壳体贴合至运载器的外壁时控制各个着陆支架的收放支柱进行锁死；
需要展开着陆机构进行着陆时，控制各个着陆支架的收放支柱展开，使得各个着陆支架筒体远离活塞杆的一端低于运载器的下端面，控制各个着陆支架的收放支柱进行锁死；
着陆时，若各个着陆支架的受力不足以使得其压溃缓冲材料发生压溃时，各个着陆支架的油气式缓冲装置工作、抗坠毁装置不工作，抗坠毁装置中的压溃缓冲材料仅发生微小的弹性形变；否则，各个着陆支架的油气式缓冲装置和抗坠毁装置同时工作，油气式缓冲装置进行一级缓冲后将冲击能量传递至抗坠毁装置，抗坠毁装置中的压溃缓冲材料发生压溃，对竖直方向上的冲击能量进行吸收，进行二级缓冲，保护运载器。
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