CN111006055B - 一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，该装置包括阀体，阀体为中空柱体结构，阀体上设有进气口、外囊充气口和内囊充气口，进气口位于阀体一端端部，与阀体的中空结构联通；外囊充气口为分布在阀体中段侧面的两个或多个通孔，与阀体的中空结构联通，形成外囊充气气路；内囊充气口位于阀体另一端端部，与阀体的中空结构联通，形成内囊充气气路，从进气口进入的气体，通过外囊充气气路和内囊充气气路同时给外囊和内囊充气。本发明能够通过气体分流实现给组合式缓冲气囊的内、外囊同时充气，内外囊共用一套充气组件，可以减少充气管路的复杂性，同时可以减轻充气组件重量。

Description

一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置

技术领域

本发明涉及一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，应用于大载重缓冲气囊、飞船返回舱着陆缓冲气囊、无人机缓冲气囊等缓冲气囊装置的内、外囊的同时充气，属于载人航天飞行器无损回收技术领域。

背景技术

缓冲气囊是航空航天飞行器着陆缓冲时常用的缓冲装置。在飞行器着陆前，缓冲气囊处于折叠包装状态。当飞行器要进行着陆时，通过飞行器上的气源对缓冲气囊进行充气，使之完全展开，然后进行着陆缓冲。一般情况下，航空航天飞行器的重量较大，对着陆缓冲过程的过载要求和着陆缓冲结束后的姿态要求较高，因此缓冲气囊一般采用内外囊相结合的组合式气囊，通过外囊实现飞行器的着陆缓冲，通过内囊实现飞行器的支撑托垫作用。

目前通用的充气方式是内外囊分别充气，此种充气方式的缺点是：

a)、需要为内、外囊单独设置一套充气组件，充气组件系统复杂；

b)、需要在外囊上设置内囊进气口通道，这将增加外囊设计的复杂性，降低外囊的结构强度，同时增加外囊漏气的风险。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，将内外气囊集成在一起，能够通过气体分流实现给组合式缓冲气囊的内、外囊同时充气。

本发明解决技术的方案是：一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，该进气阀装置包括阀体，阀体为中空柱体结构，阀体上设有进气口、外囊充气口和内囊充气口，进气口位于阀体一端端部，与阀体的中空结构联通；外囊充气口为分布在阀体中段侧面的两个或多个通孔，与阀体的中空结构联通，形成外囊充气气路；内囊充气口位于阀体另一端端部，与阀体的中空结构联通，形成内囊充气气路，从进气口进入的气体，通过外囊充气气路和内囊充气气路同时给外囊和内囊充气。

所述进气阀装置，还包括阀芯、导向支座、复位弹簧；

所述内囊充气口为两级圆柱形阶梯孔，小口径圆柱孔与阀体中空结构联通，大口径圆柱孔与小口径圆柱孔同轴相通；大口径圆柱孔内设有导向支座，导向支座为异形通孔结构，一端外壁与大口径圆柱孔内壁过盈配合连接，固定在内囊充气口的大口径圆柱孔上；另一端向内囊充气口中心轴线收口，并沿内囊充气口轴线平行方向朝内囊充气口内部翻边，形成环状凹槽结构；

阀芯包括圆形台阶主体段和与圆形台阶主体段同轴连接的导向段，圆形台阶主体段由大小口径不同的两个圆柱体组成，小口径圆柱体位于内囊充气口的小口径圆柱孔内，直径小于小口径圆柱孔，与小口径圆柱孔侧壁保留间隙；大口径圆柱体通过挡圈与导向支座内壁密封配合连接；导向段插在导向支座内收口中，导向支座内收口外侧套复位弹簧，复位弹簧一端抵在阀芯圆形台阶主体段大口径圆柱体上，另一端通过导向支座环状凹槽结构限位；

阀芯内部设有T型或者Y型三通管道，该管道包括第一出入口、第二出入口、第三出入口，第一出入口和第二出入口位于圆形台阶主体段小口径圆柱体侧面，第三出口位于阀芯导向段端部，作为二级内囊充气口。

所述进气阀装置还包括内囊限流圈，安装在二级内囊充气口内，通过调节二级内囊充气口的通径来控制内囊的充气流量。

所述内囊充气口的小口径圆柱孔的端面上设有环形凸起；阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体端面上设有密封圈；密封圈的位置与外囊充气口端面上环形凸起的位置相对应，用于内囊充气口的小口径圆柱孔的端面与阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体端面密封。

所述进气阀装置，还包括外囊限流圈，安装在外囊充气口内，通过调节外囊充气口的通径来控制外囊的充气流量。

所述通孔的总截面积不小于外囊充气所需的最小流通面积。

所述根据内、外囊的设计体积和最终的充气压力，在假定内外囊充气温度一致的情况下由公式PV＝nRT，V为气体体积，n为气体的摩尔数，R为气体状态常数，P为气瓶压力，T为充气时温度，计算内、外囊的所需气体的质量比n₁:n₂，根据气体质量比初步确定内、外囊充气所需进气孔的流通面积的面积比。

所述外囊充气所需的最小流通面积和二级内囊充气所需的最小流通面积通过如下方法计算：

式中：A_e为所需最小流通面积，Q_e为气体质量流量，P为气瓶压力，T为充气时温度，γ为气体的绝热系数取1.4，R为气体状态常数。

所述密封圈嵌入在阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体内，与端面平齐。

所述密封圈采用聚四氟乙烯材料制成。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明进气阀将内外气囊集成在一起，能够通过气体分流实现给组合式缓冲气囊的内、外囊同时充气；内外囊可以公用一套充气组件，可以减少充气管路的复杂性，同时可以减轻充气组件重量；

(2)、本发明内气囊充气口设置阀芯、挡圈、导向支座及复位弹簧，构成反向密封的结构，在缓冲过程外囊打开向外排气时内囊气体不会外泄，缓冲结束内囊依旧呈充压状态，可以对回收舱体进行托垫支撑。

(3)、本发明通过调节内、外囊分流孔的节流圈，实现将不同体积的内、外囊充气至不同压力。

附图说明

图1为本发明实施例分流阀组成示意图；

图2为本发明实施例分流阀与内、外囊之间的装配关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

内、外囊采用一个进气阀同时充气的方式，可以避开内外囊分别充气的缺点。但由于一个进气阀需要同时对内囊和外囊进行充气，因此要求进气阀具备分流功能，使之能够同时给内囊和外囊进行充气。同时，由于内、外囊的功能不同，其充气压力也不同，因此要求进气阀具备控制内、外囊充气压力的功能，将内、外囊充至不同压力满足设计要求。另外，由于内囊在缓冲结束后，需要对飞行器进行支撑和垫高作用，因此内囊需要保持密封状态。所以，进气阀给内囊充气部分需要具备反向密封功能，以此来保持内囊的密封状态。

基于上述设计思路，本发明提供了一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，实现了通过一个阀门对内囊和外囊同时充气、控制内囊和外囊充气压力、为内囊进行反向密封的功能。

如图1所示，本发明提供的该装置包括阀体、上螺母、上垫块、下垫块、下螺母、外囊限流圈、内囊限流圈、阀芯、挡圈、导向支座、复位弹簧。

阀体分为上、中、下三段，三段都为圆柱体。阀体上段圆柱体的外表面和阀体下段圆柱体的外表面为螺纹结构；整个阀体为中空结构。阀体上设有进气口、外囊充气口和内囊充气口，进气口位于阀体一端端部，与阀体的中空结构联通；外囊充气口为分布在阀体中段侧面的两个或多个通孔，与阀体的中空结构联通，形成外囊充气气路，通孔的总截面积不应小于外囊充气所需的最小流通面积；内囊充气口位于阀体另一端端部，与阀体的中空结构联通，形成内囊充气气路，从进气口进入的气体，通过外囊充气气路和内囊充气气路同时给外囊和内囊充气。

所述内囊充气口为两级圆柱形阶梯孔，小口径圆柱孔与阀体中空结构联通，大口径圆柱孔与小口径圆柱孔同轴相通；大口径圆柱孔内设有导向支座，导向支座为异形通孔结构，一端外壁与大口径圆柱孔内壁过盈配合连接，固定在内囊充气口的大口径圆柱孔上；另一端向内囊充气口中心轴线收口，并沿内囊充气口轴线平行方向朝内囊充气口内部翻边，形成环状凹槽结构；

阀芯包括圆形台阶主体段和与圆形台阶主体段同轴连接的导向段，圆形台阶主体段由大小口径不同的两个圆柱体组成，小口径圆柱体位于内囊充气口的小口径圆柱孔内，直径小于小口径圆柱孔，与小口径圆柱孔侧壁保留间隙；大口径圆柱体通过挡圈与导向支座内壁密封配合连接；导向段插在导向支座内收口中，导向支座内收口外侧套复位弹簧，复位弹簧一端抵在阀芯圆形台阶主体段大口径圆柱体上，另一端通过导向支座环状凹槽结构限位；

阀芯内部设有T型或者Y型三通管道，该管道包括第一出入口、第二出入口、第三出入口，第一出入口和第二出入口位于圆形台阶主体段小口径圆柱体侧面，第三出口位于阀芯导向段端部，作为二级内囊充气口。

所述内囊充气口的小口径圆柱孔的端面上设有环形凸起；阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体端面上设有密封圈，所述密封圈嵌入在阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体内，与端面平齐；密封圈的位置与外囊充气口端面上环形凸起的位置相对应，用于内囊充气口的小口径圆柱孔的端面与阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体端面密封，所述密封圈采用聚四氟乙烯材料制成。

作为优选方案，内囊限流圈安装在二级内囊充气口内，通过调节二级内囊充气口的通径来控制内囊的充气流量。在阀体中段侧面的通孔内安装外囊限流圈，限流圈的通径可调节，通过调节通径来控制外囊的充气流量，进而控制外囊的充气压力。

上述装置充气时，气体压力作用在阀芯上，并通过阀芯压缩复位弹簧，阀芯与阀体之间产生缝隙，气体通过缝隙后再流经内囊限流圈进入内囊，阀芯与阀体缝隙的总截面积不应小于内囊充气所需的流通面积。通过调节内囊限流圈的通径来控制内囊的充气流量，进而控制内囊的充气压力。随着充气的进行，内囊内的气体压力逐渐升高，复位弹簧的压缩量逐渐减小。当内囊的充气压力达到预定值时，复位弹簧恢复到初始状态，阀芯与阀体之间闭合，缝隙消失，使内囊内的气体无法通过阀门向外流出，实现了内囊反向密封的要求。

所述根据内、外囊的设计体积和最终的充气压力，在假定内外囊充气温度一致的情况下由公式PV＝nRT，V为气体体积，n为气体的摩尔数，R为气体状态常数，P为气瓶压力，T为充气时温度，计算内、外囊的所需气体的质量比n₁:n₂，根据气体质量比初步确定内、外囊充气所需进气孔的流通面积的面积比。

所述外囊充气所需的最小流通面积通过如下方法计算：

式中：A_e为所需最小流通面积，Q_e为气体质量流量，P为气瓶压力，T为充气时温度，γ为气体的绝热系数取1.4，R为气体状态常数。

所述二级内囊充气所需的最小流通面积也通过式(1)计算得出。

如图2所示，上述进气阀装置与缓冲气囊的装配流程如下：

1、阀门与内囊的装配

首先，在内囊囊体安装阀门的部位开孔，孔的直径与阀门下段的直径相同，同时在内囊囊体上预留操作口。然后将阀门下端从外向内穿过内囊阀门安装位置的开孔，然后通过内囊囊体上预留的操作口，将下垫块套入阀体下端，使内囊囊体夹在阀体中段下表面和下垫块之间。然后将下螺母拧入阀体下段并拧紧，使阀体、下垫块、下螺母成为一体。最后将内囊囊体上的操作口闭合，使内囊成为一个封闭的囊体。

2、阀门与外囊的装配

首先，在外囊囊体安装阀门的部位开孔，孔的直径与阀门上段的直径相同，同时在外囊囊体上预留操作口。然后将外囊与阀门的组合体通过外囊囊体上的操作口放入外囊内，并将阀门上段从内向外穿过外囊阀门安装位置的开孔，然后在外囊外部将上垫块套入阀体上段，使外囊囊体夹在阀体中段上表面和上垫块之间。然后将上螺母拧入阀体上段并拧紧，使阀体、上垫块、上螺母成为一体。最后将外囊囊体上的操作口闭合，使内囊成为一个封闭的囊体。

综上所述，本发明所涉及的一种具备反向密封和分流控制功能的进气阀可以同时给内囊和外囊进行充气，并具备对内囊和外囊的充气压力进行控制的功能和对内囊进行反向密封功能。此发明的应用使一套组合式气囊只需一个进气阀，可以有效地减小充气管路的复杂性，使系统的可靠性得到提高。此发明可以应用到其他需要同时充气的复合式充气结构中，可以有效的减小系统复杂性。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于包括阀体、阀芯、导向支座、复位弹簧；阀体为中空柱体结构，阀体上设有进气口、外囊充气口和内囊充气口，进气口位于阀体一端端部，与阀体的中空结构联通；外囊充气口为分布在阀体中段侧面的两个或多个通孔，与阀体的中空结构联通，形成外囊充气气路；内囊充气口位于阀体另一端端部，与阀体的中空结构联通，形成内囊充气气路，从进气口进入的气体，通过外囊充气气路和内囊充气气路同时给外囊和内囊充气；

所述内囊充气口为两级圆柱形阶梯孔，小口径圆柱孔与阀体中空结构联通，大口径圆柱孔与小口径圆柱孔同轴相通；大口径圆柱孔内设有导向支座，导向支座为异形通孔结构，一端外壁与大口径圆柱孔内壁过盈配合连接，固定在内囊充气口的大口径圆柱孔上；另一端向内囊充气口中心轴线收口，并沿内囊充气口轴线平行方向朝内囊充气口内部翻边，形成环状凹槽结构；

阀芯包括圆形台阶主体段和与圆形台阶主体段同轴连接的导向段，圆形台阶主体段由大小口径不同的两个圆柱体组成，小口径圆柱体位于内囊充气口的小口径圆柱孔内，直径小于小口径圆柱孔，与小口径圆柱孔侧壁保留间隙；大口径圆柱体通过挡圈与导向支座内壁密封配合连接；导向段插在导向支座内收口中，导向支座内收口外侧套复位弹簧，复位弹簧一端抵在阀芯圆形台阶主体段大口径圆柱体上，另一端通过导向支座环状凹槽结构限位；

阀芯内部设有T型或者Y型三通管道，该管道包括第一出入口、第二出入口、第三出入口，第一出入口和第二出入口位于圆形台阶主体段小口径圆柱体侧面，第三出口位于阀芯导向段端部，作为二级内囊充气口。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于还包括内囊限流圈，安装在二级内囊充气口内，通过调节二级内囊充气口的通径来控制内囊的充气流量。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于所述内囊充气口的小口径圆柱孔的端面上设有环形凸起；阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体端面上设有密封圈；密封圈的位置与外囊充气口端面上环形凸起的位置相对应，用于内囊充气口的小口径圆柱孔的端面与阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体端面密封。

4.根据权利要求3所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于还包括外囊限流圈，安装在外囊充气口内，通过调节外囊充气口的通径来控制外囊的充气流量。

5.根据权利要求1所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于所述通孔的总截面积不小于外囊充气所需的最小流通面积。

6.根据权利要求1所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于所述根据内、外囊的设计体积和最终的充气压力，在假定内外囊充气温度一致的情况下由公式PV＝nRT，V为气体体积，n为气体的摩尔数，R为气体状态常数，P为气瓶压力，T为充气时温度，计算内、外囊的所需气体的质量比n₁:n₂，根据气体质量比初步确定内、外囊充气所需进气孔的流通面积的面积比。

7.根据权利要求1所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于所述外囊充气所需的最小流通面积和二级内囊充气所需的最小流通面积通过如下方法计算：

式中：A_e为所需最小流通面积，Q_e为气体质量流量，P为气瓶压力，T为充气时温度，γ为气体的绝热系数取1.4，R为气体状态常数。

8.根据权利要求3所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于所述密封圈嵌入在阀芯圆形台阶主体段小口径圆柱体内，与端面平齐。

9.根据权利要求3所述的一种飞行器着陆缓冲气囊用进气阀装置，其特征在于所述密封圈采用聚四氟乙烯材料制成。

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