CN110789741A - 一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置 - Google Patents

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Abstract

一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，包括分离本体组件、分离动作组件、防转组件，通过采用复合材料式连接分离装置代替了金属材料主体结构，同时采用破坏复合材料结构的形式实现与着陆巡视器的分离，避免了机械方式实现分离容易出现的破坏强度较高、分离时降落伞伞包克服的阻力较大的问题，利于实现连接分离装置的轻量化设计，进行装置分离时更稳定，同时通过防转组件保证减速伞展开时伞绳不会旋转打结，性能更稳定。

Description

一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置
技术领域
本发明涉及一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，属于着陆技术设计领域。
背景技术
近年来，随着载人登月、火星等深空探测工程的推进，伞降式巡视器进入、减速和着陆的相关技术得到快速发展，其中一项关键技术是具有防护(保护降落伞伞包)和连接分离功能的连接分离技术。
当前巡视器上普遍采用的连接分离装置以铝合金等金属材料主体结构为主，部分巡视器如美国发射的“好奇号”，采用的为复合材料主体结构；连接分离装置与巡视器的连接分离通过机械连接与破坏方式实现。金属材料主体结构带来的问题是重量大、热防护设计难度较高；机械方式实现连接与分离虽然可靠性较高，但带来的影响是破坏强度较高，分离时降落伞伞包克服的阻力较大，需要的弹伞能量大，且影响伞包的出伞速度及后续的开伞。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，当前深空探测巡视器连接分离装置均采用金属材料为主体结构、以机械分离方式为主体，容易产生的分离载荷大、热防护设计难度高的问题，提出了一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，包括分离本体组件、分离动作组件、防转组件、减速伞，所述分离本体组件紧贴安装于着陆巡视器上，防止减速伞打开时伞绳出现旋转打结情况的防转组件设置于分离本体组件中心位置，于分离本体组件分离过程中保证分离本体组件稳定着陆的减速伞通过防转组件与分离本体组件中心相连，且安装于着陆巡视器内，用于保证分离本体组件及减速伞于着陆分离过程中与着陆巡视器稳定分离的分离动作组件覆盖于分离本体组件上，并与着陆巡视器连接处四周边缘固定连接。
所述分离本体组件包括上面板、下面板、铝蜂窝基板、连接件埋件、固定法兰，下面板与着陆巡视器紧贴安装，上面板、下面板间设置有铝蜂窝基板，上面板、下面板胶接于铝蜂窝基板正反两面，铝蜂窝基板周边均匀设置有用于与着陆巡视器固定连接的连接件埋件，上面板、下面板、铝蜂窝基板通过设置于边缘的固定法兰进行进一步固定。
所述分离动作组件包括玻璃纤维布铺层、巡视器连接件，用于连接着陆巡视器及分离本体组件的巡视器连接件通过连接件埋件安装于铝蜂窝基板边缘，并与着陆巡视器表面的安装接口进行对接以保证巡视器连接件固定连接于着陆巡视器上，玻璃纤维布铺层胶接于上面板的巡视器连接件上方，玻璃纤维布铺层同时通过连接销与巡视器连接件固定连接，巡视器连接件与玻璃纤维布铺层共同对分离本体组件进行固定。
所述防转组件包括安装法兰、连接轴套、上压板、下压板、减速伞吊钉，用于固定减速伞吊钉旋转范围的安装法兰通过螺钉分别固定于下面板中心位置两侧，所述下压板紧贴下面板安装，上压板与下压板间设置有连接轴套，减速伞吊钉同时穿过上压板、连接轴套、下压板固定于下面板中心位置，减速伞通过减速伞吊钉进行固定，当减速伞展开时，连接轴套带动减速伞吊钉于安装法兰固定范围内进行旋转以防止减速伞展开时伞绳打结。
所述分离本体组件上面板上涂覆有防热层和热控漆涂层，防热层涂覆材料为TR-37C，热控漆涂层涂覆材料为SAL-2。
所述着陆巡视器表面的安装接口数量与巡视器连接件一一对应且个数相同。
所述巡视器连接件与所述安装接口连接处还设置有安装垫圈，当分离装置与巡视器分离时，安装垫圈将玻璃纤维布铺层撕裂。
所述上面板和下面板的材料为N层QY8911/T300-3k碳纤维树脂浸润层合板，N≥4。
所述QY8911/T300-3k碳纤维树脂浸润层合板单层厚度范围为0.1mm-0.125mm，铺层形式为[0/+60/-60]s。
所述巡视器连接件选用高强度硬铝2A12，巡视器连接件数量为4-8个。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，通过采用复合材料式连接分离装置代替了金属材料主体结构，结构形式紧凑简单，有利于实现连接分离装置的轻量化设计，且具有较好的热防护设计兼容性，可推广到各类深空着陆巡视器及同类航天器领域，同时采用了新的防转组件设计，保证减速伞展开时伞绳不会旋转打结；
(2)本发明同时采用破坏复合材料结构的形式实现与着陆巡视器的分离，将复合材料的应用拓展到航天器连接分离装置领域，与传统分离方式多采用金属材料被广泛作为航天器承力结构不同，避免了机械方式实现分离容易出现的破坏强度较高、分离时降落伞伞包克服的阻力较大、需要的弹伞能量大等问题，且不会影响伞包的出伞速度及后续的开伞。
附图说明
图1为发明提供的分离本体组件上面板结构示意图；
图2为发明提供的分离本体组件下面板结构示意图；
图3为发明提供的防转组件结构示意图；
图4为发明提供的分离本体组件剖视图；
图5为发明提供的分离本体组件与着陆巡视器连接示意图；
图6为发明提供的分离本体组件与着陆巡视器分离示意图；
具体实施方式
一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，通过采用机械连接的方式，实现分离本体组件与巡视器的可靠连接，同时通过破坏复合材料结构形式实现与巡视器的分离，其中，本装置包括分离本体组件、分离动作组件、防转组件，分离本体组件直接安装于着陆巡视器上，于分离本体组件分离过程中保证分离本体组件稳定着陆的减速伞的中心位置通过防转组件连接于分离本体组件中心位置，防转组件辅助分离本体组件进行减速着陆并保证减速伞在展开过程中伞绳不会出现旋转打结，其中：
如图1、图2、图4所示，图中编号分别表示：1-上面板、2-玻璃纤维布铺层、3-连接销、4-固定法兰、5-铝蜂窝基板、6-巡视器连接件、7-下面板、8-连接件埋件、9-减速伞吊钉，分离本体组件包括上面板、下面板、铝蜂窝基板、连接件埋件、固定法兰，分离本体组件为蜂窝基板结构，依次为上面板、铝蜂窝基板、下面板三层，上面板、下面板胶接于铝蜂窝基板正反两面，铝蜂窝基板周边均匀设置有用于与着陆巡视器固定连接的连接件埋件，上面板、下面板、铝蜂窝基板通过设置于设置于边缘的固定法兰进行进一步固定；
防转组件如图3所示，图中编号分别表示：9-减速伞吊钉、10-上压板、11-安装法兰、12-下压板、13-连接轴套，防转组件包括安装法兰、连接轴套、上压板、下压板、减速伞吊钉，减速伞吊钉与减速伞连接一侧即为着陆巡视器一侧，防转组件安装于着陆巡视器内，安装法兰通过螺钉分别固定于下面板中心位置两侧一定范围内，以此对减速伞吊钉旋转范围进行固定，两侧安装法兰间紧贴下面板设置有下压板，由下到上依次设置下压板、连接轴套、上压板，减速伞吊钉同时穿过上压板、连接轴套、下压板固定于下面板中心位置，当减速伞展开时，连接轴套带动减速伞吊钉于安装法兰固定范围内进行旋转以防止减速伞展开时伞绳打结；
分离动作组件包括玻璃纤维布铺层、巡视器连接件，巡视器连接件用于连接着陆巡视器及分离本体组件，巡视器连接件通过连接件埋件安装于铝蜂窝基板边缘，在上面板的巡视器连接件上方胶接有玻璃纤维布铺层，巡视器连接件通过着陆巡视器上的安装接口与着陆巡视器固定连接，保证巡视器连接件固定连接于着陆巡视器上，巡视器连接件同时通过连接销与玻璃纤维布铺层固定连接，巡视器连接件与玻璃纤维布铺层共同对分离本体组件进行机械冗余连接。
在分离本体组件上面板上涂覆有防热层和热控漆涂层，防热层涂覆材料为TR-37C，热控漆涂层涂覆材料为SAL-2，同时，着陆巡视器表面的安装接口数量与巡视器连接件一一对应且个数相同，上面板和下面板的材料均为多层QY8911/T300-3k碳纤维树脂浸润层合板；所述巡视器连接件选用高强度硬铝2A12。
本发明的具体工作流程如下：
如图5、图6所示，当着陆巡视器工作过程中，防热层和热控漆涂层被烧蚀后分离装置在着陆巡视器火工品的弹射作用下进行分离工作，此时分离动作组件中的玻璃纤维布铺层与巡视器连接件脱粘分离，并在安装垫圈和连接销的作用下撕裂，此时巡视器连接件、连接销、安装螺钉和安装垫圈仍固定于着陆巡视器上，分离本体组件将减速伞由巡视器内部带出并展开，减速伞此时通过防转组件进行防转，使减速伞伞绳不出现旋转打结稳定展开，保证分离本体组件稳定落地。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
在火星着陆巡视器进行分离装置作业过程中，着陆巡视器在进入火星大气前分离装置与着陆巡视器通过巡视器连接件上的安装接口与着陆巡视器螺接；着陆巡视器进入火星大气时，防热层和热控漆涂层被烧蚀后分离装置在着陆巡视器火工品的弹射作用下进行分离工作：玻璃纤维布铺层在安装接口处被安装垫圈和连接销撕裂，同时与防转组件连接的减速伞打开带动分离装置缓慢降落在火星表面。本体组件为整体尺寸为直径645mm、厚度35mm的蜂窝基板结构，其中上面板和下面板采用6层QY8911/T300-3k碳纤维树脂浸润层合板，单层厚度0.1mm，铝蜂窝基板为LF0.04×3的有孔耐久性铝蜂窝；玻璃纤维布铺层为MW100-90，防转组件和巡视器连接件均选用高强度硬铝2A12。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：包括分离本体组件、分离动作组件、防转组件、减速伞，所述分离本体组件紧贴安装于着陆巡视器上，防止减速伞打开时伞绳出现旋转打结情况的防转组件设置于分离本体组件中心位置，于分离本体组件分离过程中保证分离本体组件稳定着陆的减速伞通过防转组件与分离本体组件中心相连，且安装于着陆巡视器内，用于保证分离本体组件及减速伞于着陆分离过程中与着陆巡视器稳定分离的分离动作组件覆盖于分离本体组件上，并与着陆巡视器连接处四周边缘固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述分离本体组件包括上面板、下面板、铝蜂窝基板、连接件埋件、固定法兰，下面板与着陆巡视器紧贴安装，上面板、下面板间设置有铝蜂窝基板，上面板、下面板胶接于铝蜂窝基板正反两面，铝蜂窝基板周边均匀设置有用于与着陆巡视器固定连接的连接件埋件，上面板、下面板、铝蜂窝基板通过设置于边缘的固定法兰进行进一步固定。
3.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述分离动作组件包括玻璃纤维布铺层、巡视器连接件，用于连接着陆巡视器及分离本体组件的巡视器连接件通过连接件埋件安装于铝蜂窝基板边缘，并与着陆巡视器表面的安装接口进行对接以保证巡视器连接件固定连接于着陆巡视器上，玻璃纤维布铺层胶接于上面板的巡视器连接件上方，玻璃纤维布铺层同时通过连接销与巡视器连接件固定连接，巡视器连接件与玻璃纤维布铺层共同对分离本体组件进行固定。
4.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述防转组件包括安装法兰、连接轴套、上压板、下压板、减速伞吊钉，用于固定减速伞吊钉旋转范围的安装法兰通过螺钉分别固定于下面板中心位置两侧，所述下压板紧贴下面板安装，上压板与下压板间设置有连接轴套，减速伞吊钉同时穿过上压板、连接轴套、下压板固定于下面板中心位置，减速伞通过减速伞吊钉进行固定，当减速伞展开时，连接轴套带动减速伞吊钉于安装法兰固定范围内进行旋转以防止减速伞展开时伞绳打结。
5.根据权利要求2所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述分离本体组件上面板上涂覆有防热层和热控漆涂层，防热层涂覆材料为TR-37C，热控漆涂层涂覆材料为SAL-2。
6.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述着陆巡视器表面的安装接口数量与巡视器连接件一一对应且个数相同。
7.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述巡视器连接件与所述安装接口连接处还设置有安装垫圈，当分离装置与巡视器分离时，安装垫圈将玻璃纤维布铺层撕裂。
8.根据权利要求2所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述上面板和下面板的材料为N层QY8911/T300-3k碳纤维树脂浸润层合板，N≥4。
9.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述QY8911/T300-3k碳纤维树脂浸润层合板单层厚度范围为0.1mm-0.125mm，铺层形式为[0/+60/-60]s。
10.根据权利要求1所述的一种着陆巡视器用复合材料连接分离装置，其特征在于：所述巡视器连接件选用高强度硬铝2A12，巡视器连接件数量为4-8个。
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