CN109911253A - 重复使用地面捕获回收装置及箭地可控回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种重复使用地面捕获回收装置及箭地可控回收方法，包括回收平台和箭地协调配合系统，回收平台设有台架，台架上设有滑轮组，滑轮组上连接设有阻拦索系统，台架底部设有阻拦索多向调节驱动机构，阻拦索多向调节驱动机构上方设有阻尼器，阻尼器上方设有防反弹棘轮限位机构，本发明的箭地可控回收方法，能保持现有运载火箭的外形和结构形式不变的情况下实现运载火箭的可控回收，能很好地利用目前我国已掌握的通过栅格舵技术实现运载火箭的精确落点控制，能够避免深度变推力发动机的研制难度和不确定性，省去箭体上着陆腿的设计还可以减轻火箭运载能力的损失和降低火箭研制的复杂度。本发明可广泛应用于箭地可控回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种地面捕获回收装置及箭地回收方法，具体地说是一种可重复使用的地面捕获回收装置及箭地可控回收方法。
背景技术
目前运载火箭回收大体上可以分为伞降回收、伞降加气囊回收、有翼水平回收、着陆缓冲机构垂直回收以及旋翼方式回收。其中垂直起降回收方案能够在最大程度上保持现有运载火箭的外形和结构形式不变，相较于其它回收方式具有系统相对简单，可靠性高的特点。
在垂直回收过程中由于火箭再入返回过程中的重量远小于起飞重量且因反推制动不断消耗燃料而成为一个变质量体，因此需要在再入过程中根据需要重启单台或多台发动机反推减速且发动机需要具备大范围推力调节的能力以确保火箭的有效减速和过载可控。目前我国已经能够通过栅格舵技术实现运载火箭的精确落点控制，但尚不具备大推力泵压式液体火箭发动机深度变推力调节技术。
发明内容
本发明针对现有垂直回收过程中由于火箭再入返回过程中的重量远小于起飞重量且因反推制动不断消耗燃料而成为一个变质量体，需要在再入过程中根据需要重启单台或多台发动机反推减速且发动机需要具备大范围推力调节的能力以确保火箭的有效减速和过载可控技术问题，以及目前我国已经能够通过栅格舵技术实现运载火箭的精确落点控制，但尚不具备大推力泵压式液体火箭发动机深度变推力调节技术的问题，提供一种基于现有火箭技术水平，能够精确控制返回式重复使用运载火箭子级无损回收的技术，同时能够规避深度变推力发动机的研制难度和技术不确定性的、新型火箭垂直回收方法。
为此，本发明一种重复使用地面捕获回收装置，包括回收平台和箭地协调配合系统，回收平台设有台架，台架上设有滑轮组，滑轮组上连接设有阻拦索系统，台架底部设有阻拦索多向调节驱动机构，阻拦索多向调节驱动机构上方设有阻尼器，阻尼器上方设有防反弹棘轮限位机构，阻拦索系统和防反弹棘轮限位机构、阻尼器及阻拦索多向调节驱动机构顺序连接，台架侧面分别设有防撞保护网，台架外面地面设有地面目标识别跟踪系统，箭地协调配合系统圆周设有拦阻钩机构，拦阻钩机构下方设有合作目标，拦阻钩机构上方设有箭体防撞击缓冲结构，箭体防撞击缓冲结构上方设有锁紧装置，箭地协调配合系统设有图像识别与运动位姿实时解算软件。
优选地，台架四个侧面分别设有防撞保护网。
优选地，箭地协调配合系统在火箭体圆周上均布设有的拦阻钩机构为四套。
优选地，合作目标包括激光、红外或可见光。
优选地，台架设有四根立柱，阻拦索系统设有索绳围成的正方形绳索开口中心，正方形绳索开口中心的四个角上连接设有四条牵引绳，四条牵引绳分别在绳索开口中心所在平面内沿着绳索开口中心的对角线方向向外延伸，四条牵引绳分别绕过固定在台架立柱上方的四个滑轮组后沿着四条立柱向下延伸，四条牵引绳终点外分别连接有四个阻尼器，四个阻尼器分别固定在四套阻拦索多向调节驱动机构上，每根立柱上设有一个阻拦索多向调节驱动机构，牵引绳与阻尼器连接的接头处，设有防反弹棘轮限位机构。
优选地，台架设有四根立柱，阻拦索系统设有索绳围成的圆形绳索开口中心，圆形绳索开口中心的四均分处连接设有四条牵引绳，四条牵引绳分别在绳索开口中心所在平面内沿着绳索开口中心直径方向向外延伸，四条牵引绳分别绕过固定在台架立柱上方的四个滑轮组后沿着四条立柱向下延伸，四条牵引绳终点外分别连接有四个阻尼器，四个阻尼器分别固定在四套阻拦索多向调节驱动机构上，每根立柱上设有一个阻拦索多向调节驱动机构，牵引绳与阻尼器连接的接头处，设有防反弹棘轮限位机构。
优选地，圆周设有拦阻钩机构共四套，拦阻钩机构包括连杆折展机构，连杆折展机构上方设有连杆，连杆上设有锁钩。
优选地，锁钩包括钩舌，钩舌一侧设有锁紧螺钉。
优选地，目标识别跟踪系统包括安装在箭体上的激光、红外或可见光合作目标，目标识别跟踪系统内部集成有图像识别与运动位姿实时解算软件，台架上设有带光束的导引。
一种使用上述所述的任一重复使用地面捕获回收装置的箭地可控回收方法，包括如下步骤：
(1)在火箭发射前，通过锁紧装置将拦阻钩机构紧贴于级间段或箱间段的箭体表面锁紧，当火箭回收时，箭体通过本身的栅格舵控制其以接近垂直方式下落并控制落点位置，使其落点位置在回收装置的范围内；
(2)解锁锁紧装置，使箭体上的拦阻钩机构展开，当火箭自主降落至回收平台位置附近时，地面探测系统工作，通过捕获箭上安装的合作或非合作目标运动位姿，实时解算出火箭的运动参数，之后通过控制系统驱动阻拦绳索，使火箭下落轨迹通过绳索开口中心；
(3)火箭半穿过绳索开口中心后，拦阻钩机构上的锁钩钩住阻拦索并锁定，经过阻尼器的缓冲作用直至纵向速度为零；
(4)防反弹棘轮限位机构工作，防止火箭反弹，火箭悬停在空中实现无损回收。
本发明的技术效果是，能保持现有运载火箭的外形和结构形式不变的情况下实现运载火箭的可控回收，能很好地利用目前已掌握的通过栅格舵技术实现运载火箭的精确落点控制，能够避免深度变推力发动机的研制难度和不确定性，省去箭体上着陆腿的设计还可以减轻火箭运载能力的损失和降低火箭研制的复杂度。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明回收平台示意图；
图3为本发明图2的A区放大图；
图4为本发明图2的B区放大图；
图5为本发明箭地协调配合机构在箭体上展开状态图；
图6为本发明箭地协调配合机构在箭体上折叠状态图；
图7为本发明箭地协调配合机构示意图；
图8为本发明图7的C区放大图；
图9为本发明图7的D区放大图。
图中符号说明：
1.回收平台；2.箭地协调配合系统；11.台架；12.滑轮组；13.阻拦索系统；14.防撞保护网；15.地面目标识别跟踪系统；16.防反弹棘轮限位机构；17.阻尼器；18.阻拦索多向调节驱动机构；111.立柱；112.横向钢索；113.纵向钢索；21.拦阻钩机构；22.箭体防撞击缓冲结构；23.合作目标；24.锁紧装置；211.连杆折展机构；2111.扭簧；2112.限位板；212.连杆；213.锁钩；2131.钩舌；2132.锁紧螺钉。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
图1-9为本发明一种重复使用地面捕获回收装置及箭地可控回收方法的实施例，一种重复使用地面捕获回收装置，包括回收平台1和箭地协调配合系统2，回收平台1设有台架11，台架11上设有滑轮组12，滑轮组12上连接设有阻拦索系统13，台架11底部设有阻拦索多向调节驱动机构18，阻拦索多向调节驱动机构18上方设有阻尼器17，阻尼器17上方设有防反弹棘轮限位机构16，阻拦索系统13和防反弹棘轮限位机构16、阻尼器17及阻拦索多向调节驱动机构18顺序连接，台架11四个侧面分别设有防撞保护网14，台架11外面地面设有地面目标识别跟踪系统15，箭地协调配合系统2在火箭体圆周设有四套拦阻钩机构21，拦阻钩机构21包括连杆折展机构211，连杆折展机构211上方设有连杆212，连杆212上设有锁钩213，锁钩213包括钩舌2131，防止锁钩钩住拦阻索后脱扣，钩舌2131一侧设有锁紧螺钉2132，拦阻钩机构21下方设有激光、红外、可见光合作目标23，拦阻钩机构21上方设有箭体防撞击缓冲结构22，箭体防撞击缓冲结构22上方设有锁紧装置24，箭地协调配合系统2设有图像识别与运动位姿实时解算软件。
拦阻钩机构21在展开时，锁紧装置24缩回销轴，连杆212上的卡扣与锁紧装置24分离，在连杆折展机构211上扭簧2111力的作用下实现拦阻钩机构21的展开动作，当拦阻钩机构21展开与箭体呈90°时，连杆折展机构211上的限位板2112对连杆212进行限位，使拦阻钩机构21保持在与箭体呈90°的位置。
台架11设有四根立柱111，阻拦索系统13设有索绳围成的正方形绳索开口中心，正方形绳索开口中心的四个角上连接设有四条牵引绳，四条牵引绳分别在绳索开口中心所在平面内沿着绳索开口中心的对角线方向向外延伸，四条牵引绳分别绕过固定在立柱111上方的四个滑轮组12后沿着四条立柱111向下延伸，四条牵引绳终点外分别连接有四个阻尼器17，四个阻尼器17分别固定在四套阻拦索多向调节驱动机构18上，每根立柱111上设有一个阻拦索多向调节驱动机构18，牵引绳与阻尼器17连接的接头处，设有防反弹棘轮限位机构16。
目标识别跟踪系统包括安装在箭体上的激光、红外或可见光合作目标23，目标识别跟踪系统内部集成有图像识别与运动位姿实时解算软件，台架11上设有带光束的导引。地面目标识别跟踪系统15可实时捕获合作目标23的空间三维坐标，通过软件解算出火箭的预期落点坐标，通过控制系统驱动阻拦绳索系统13，调整绳索开口中心的空间坐标，使火箭下落轨迹通过绳索开口中心。在火箭下落过程中，其姿态控制系统可根据绳索开口中心的坐标，同时调节发动机喷管及栅格翼(或栅格舵)姿态控制其运动轨迹，与地面目标识别跟踪系统协同工作，使火箭落点更加精确、回收更加可靠。
一种使用上述所述的重复使用地面捕获回收装置的箭地可控回收方法，包括如下步骤：
(1)在火箭发射前，通过锁紧装置24将拦阻钩机构21紧贴于级间段或箱间段的箭体表面锁紧，当火箭回收时，箭体通过自身的栅格舵控制其以接近垂直方式下落并控制落点位置，使其落点位置在回收装置的范围内；
(2)解锁锁紧装置24，使箭体上的拦阻钩机构21展开，当火箭自主降落至回收平台1位置附近时，地面探测系统工作，通过捕获箭上安装的合作或非合作目标运动位姿，实时解算出火箭的运动参数，之后通过控制系统驱动阻拦绳索系统13，使火箭下落轨迹通过绳索开口中心；
(3)火箭半穿过绳索开口中心后，拦阻钩机构21上的锁钩213钩住阻拦索并锁定，经过阻尼器17的缓冲作用直至纵向速度为零；
(4)防反弹棘轮限位机构16工作，防止火箭反弹，火箭悬停在空中实现无损回收。
以上对本发明所提供的一种基于地面拦阻系统的火箭垂直回收装置及其回收方法详细介绍，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明领域，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。例如本发明同样适用于对火箭助推器的可控回收，若将阻索系统上的绳索开口中心改成多边形网或圆形网，即可适用于如整流罩、返回式卫星等重复使用部组件的回收。本回收装置的台架还可安装在一个或多个船舶平台上，结合船舶的运动在海上实现大面积范围对各种回收对象的可控回收。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。
Claims (10)
1.一种重复使用地面捕获回收装置，包括回收平台和箭地协调配合系统，其特征在于：所述回收平台设有台架，所述台架上设有滑轮组，所述滑轮组上连接设有阻拦索系统，所述台架底部设有阻拦索多向调节驱动机构，所述阻拦索多向调节驱动机构上方设有阻尼器，所述阻尼器上方设有防反弹棘轮限位机构，所述阻拦索系统和防反弹棘轮限位机构、阻尼器及阻拦索多向调节驱动机构顺序连接，所述台架侧面分别设有防撞保护网，所述台架外面地面设有地面目标识别跟踪系统，所述箭地协调配合系统圆周设有拦阻钩机构，所述拦阻钩机构下方设有合作目标，所述拦阻钩机构上方设有箭体防撞击缓冲结构，所述箭体防撞击缓冲结构上方设有锁紧装置，所述箭地协调配合系统设有图像识别与运动位姿实时解算软件。
2.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于，所述台架四个侧面分别设有防撞保护网。
3.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于，所述箭地协调配合系统在火箭体圆周上均布设有的拦阻钩机构为四套。
4.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于，所述合作目标包括激光、红外或可见光。
5.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于：所述台架设有四根立柱，所述阻拦索系统设有索绳围成的正方形绳索开口中心，所述正方形绳索开口中心的四个角上连接设有四条牵引绳，所述四条牵引绳分别在绳索开口中心所在平面内沿着绳索开口中心的对角线方向向外延伸，四条牵引绳分别绕过固定在台架立柱上方的四个滑轮组后沿着四条立柱向下延伸，四条牵引绳终点外分别连接有四个阻尼器，所述四个阻尼器分别固定在所述四套阻拦索多向调节驱动机构上，所述每根立柱上设有一个阻拦索多向调节驱动机构，所述牵引绳与所述阻尼器连接的接头处，设有防反弹棘轮限位机构。
6.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于：所述台架设有四根立柱，所述阻拦索系统设有索绳围成的圆形绳索开口中心，所述圆形绳索开口中心的四均分处连接设有四条牵引绳，所述四条牵引绳分别在绳索开口中心所在平面内沿着绳索开口中心直径方向向外延伸，四条牵引绳分别绕过固定在台架立柱上方的四个滑轮组后沿着四条立柱向下延伸，四条牵引绳终点外分别连接有四个阻尼器，所述四个阻尼器分别固定在所述四套阻拦索多向调节驱动机构上，所述每根立柱上设有一个阻拦索多向调节驱动机构，所述牵引绳与所述阻尼器连接的接头处，设有防反弹棘轮限位机构。
7.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于：圆周设有拦阻钩机构共四套，所述拦阻钩机构包括连杆折展机构，所述连杆折展机构上方设有连杆，所述连杆上设有锁钩。
8.根据所述权利要求7所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于：所述锁钩包括钩舌，钩舌一侧设有锁紧螺钉。
9.根据所述权利要求1所述的一种重复使用地面捕获回收装置，其特征在于：所述目标识别跟踪系统包括安装在箭体上的激光、红外或可见光合作目标，所述目标识别跟踪系统内部集成有图像识别与运动位姿实时解算软件，所述台架上设有带光束的导引。
10.一种使用如权利要求1-9任一所述的重复使用地面捕获回收装置的箭地可控回收方法，包括如下步骤：
(1)在火箭发射前，通过所述锁紧装置将所述拦阻钩机构紧贴于级间段或箱间段的箭体表面锁紧，当火箭回收时，箭体通过本身的栅格舵控制其以接近垂直方式下落并控制落点位置，使其落点位置在所述回收装置的范围内；
(2)解锁所述锁紧装置，使箭体上的所述拦阻钩机构展开，当火箭自主降落至所述回收平台位置附近时，地面探测系统工作，通过捕获箭上安装的合作或非合作目标运动位姿，实时解算出火箭的运动参数，之后通过控制系统驱动阻拦绳索，使火箭下落轨迹通过所述绳索开口中心；
(3)火箭半穿过所述绳索开口中心后，所述拦阻钩机构上的所述锁钩钩住所述阻拦索并锁定，经过所述阻尼器的缓冲作用直至纵向速度为零；
(4)所述防反弹棘轮限位机构工作，防止火箭反弹，火箭悬停在空中实现无损回收。
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