CN111439396A - 一种可分离式导流管对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可分离式导流管对接装置，适用于存在相对位移的导流管组件与发动机之间的动态热密封，具有发动机引流效果好、抗高热流、热密封安全可靠的特性，包括：导流管组件、弹性隔热垫支架组件，导流管组件与弹性隔热垫支架组件分别安装在可连接分离的背罩结构与着陆平台结构上，通过压缩作用对接形成热密封面，满足发动机引流和气动热防护要求，同时能够伴随背罩结构与着陆平台结构的解锁分离而可靠分离。

Description

一种可分离式导流管对接装置

技术领域

本发明提出了一种可分离式导流管对接装置，属于热防护系统的动态热密封设计领域。

背景技术

我国首次火星探测任务将通过一次发射实现火星环绕和着陆巡视，对火星开展全球性、综合性的环绕探测，在火星表面开展区域巡视探测。火星探测器由环绕器和着陆巡视器组成。环绕器携带着陆巡视器完成地火转移、火星捕获、降轨机动等飞行过程，然后释放着陆巡视器。着陆巡视器由进入舱和火星车组成。着陆巡视器与环绕器分离后按照预定的进入姿态进入火星大气，经过多级减速后以软着陆的方式着陆到火星表面，随后坡道机构展开，火星车驶离着陆平台，完成巡视探测任务。

火星探测器各力学工况下，导流管组件与发动机存在一定的相对位移；此外，在火星探测器进入火星的过程中，在背罩与着陆平台分离前，着陆平台上的部分姿控发动机需要工作，因此需要一种可分离式导流管对接面设计兼顾主动段振动工况下的承载能力、火星进入过程中的气动热防护能力、发动机工作时的导流要求、以及背罩与着陆平台分离过程的安全性问题。因此可分离式导流管对接装置需要能够满足以下要求：

1.导流管组件应与发动机外部的弹性隔热垫支架组件紧密贴合，保证发动机燃气流完全引流到舱外，不能进入舱内；保证在进入火星进行气动减速的过程中没有气动热流进入舱内；

2.确保在发射段、在轨段、进入火星过程中及背罩与着陆平台分离过程中，不对发动机产生破坏；

3.能够可靠分离，确保不影响背罩与着陆平台分离的安全性。

目前存在相对位移的发动机对接面的动态热密封方面，国内外采用不同的技术方案，无可供借鉴的设计方法，因此在火星探测器设计中，需要针对需求开展研究工作。

发明内容

本发明需解决的技术问题：本发明提供了一种可分离式导流管对接装置，针对发动机引流要求和气动防热要求，导流管组件与发动机外部的弹性隔热垫支架组件之间的压缩回弹设计能够使得该对接面在相应的力学工况下紧密贴合，且内腔引流通道设计能够避让并耐受高温燃气流作用。针对发射段、在轨段、以及、进入火星过程中及背罩与着陆平台分离过程，该装置应具备一定的缓冲隔振作用，且在极限力学工况下不得与发动机发生磕碰。针对可靠分离要求，该装置在分离过程中不得出现钩挂问题。

本发明所采用的技术方案是：一种可分离式导流管对接装置，包括：导流管组件和弹性隔热垫支架组件；

若干导流管组件分别安装在背罩结构上；若干弹性隔热垫支架组件分别套装在发动机外部，安装在着陆平台结构上；导流管组件和弹性隔热垫支架组件的安装位置一一对应；

导流管组件包括导流锥管和安装法兰；导流锥管通过安装法兰的连接孔安装在背罩结构上；弹性隔热垫支架组件包括隔热垫、波形弹簧、支架；支架安装在发动机外部；波形弹簧的内圈与隔热垫密封配合构成弹性隔热垫，弹性隔热垫安装在支架上部的安装槽内。

导流锥管为回转体结构，沿中心轴开有圆锥形的通孔，圆锥形通孔的半锥角为10°，导流锥管采用中密度烧蚀防热材料。

导流锥管的壁面为变厚度壁面，从小端到大端厚度由14.5mm变至8mm。

导流锥管胶接在安装法兰的中心孔处。

支架的材料为耐高温不锈钢。

隔热垫由耐高温石英布和镍丝编织缝合而成，采用耐高温不锈钢圆环作为内衬和外衬，整体为中空的T形圆环结构。

波形弹簧的材料为耐高温合金钢材料。

隔热垫与波形弹簧采用镍丝缝合为一体构成弹性隔热垫。

弹性隔热垫通过不锈钢丝和支架的安装槽底部开设的通孔进行绑扎固定。

隔热垫的内壁与支架的安装槽壁面采用间隙配合。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明的可分离式导流管对接装置，适用于存在相对位移的导流管组件与发动机之间的动态热密封，具有发动机引流效果好、抗高热流、热密封安全可靠的特性，能够满足发动机引流和气动热防护要求，同时能够伴随背罩结构与着陆平台结构的解锁分离而可靠分离。

其中，固定于背罩结构的导流管组件能够满足各种力学载荷作用下的发动机引流作用，同时其壁厚设计能够满足高温燃气流作用下的防隔热要求。而固定于着陆平台结构的弹性隔热垫支架组件套装在发动机外部，其中隔热垫与波形弹簧采用镍丝缝合为一体即成为弹性隔热垫，具备良好的压缩回弹性能，可实现弹性隔热垫沿支架安装槽的往复运动而不出现卡滞。

因此，通过本发明，存在相对位移的导流管组件与发动机之间可实现良好的动态热密封和引流作用，已应用于我国首次火星探测任务。

附图说明

图1是本发明的未装配状态剖面结构示意图；

图2是本发明的导流管组件剖面结构示意图；

图3是本发明的弹性隔热垫支架剖面示意图；

图4是本发明的弹性隔热垫剖面示意图；

图5(a)是本发明的对接面未装配状态剖面示意图；

图5(b)是本发明的对接面装配状态剖面示意图；

图5(c)是本发明的对接面极限拉开状态剖面示意图；

图5(d)是本发明的对接面极限压缩状态剖面示意图。

具体实施方式

应了解，本实例提供的可分离式导流管对接装置适用于但不仅限于火星探测器。下面结合附图1-4及具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1是可分离式导流管对接装置的未装配状态剖面结构示意图。可分离式导流管对接装置用于探测器姿控发动机的动态热密封和引流。探测器根据姿控的需求共采用了六套可分离式导流管对接装置以满足发动机的引流要求和气动防热要求，每套可分离式导流管对接装置均包括导流管组件1和弹性隔热垫支架组件2。

若干导流管组件1分别安装在可连接分离的背罩结构3上，若干弹性隔热垫支架组件2分别安装在着陆平台结构4上，导流管组件1和弹性隔热垫支架组件2的安装位置一一对应；可分离式导流管对接装置通过导流管组件1对弹性隔热垫7的压缩作用形成热密封面，满足发动机引流和气动热防护要求，同时能够伴随背罩结构3与着陆平台结构4的解锁分离而可靠分离。

图2是导流管组件剖面结构示意图，导流锥管6为圆锥形结构，其锥角和内腔直径设计能够满足各种力学载荷作用下的发动机引流作用，同时其壁厚设计能够满足发动机高温燃气流作用下的防隔热要求。导流管组件1为圆锥构型，安装在背罩结构3上。导流管组件1包括导流锥管6和安装法兰5。其中，导流锥管6为圆锥形结构，根据发动机喷管出口锥角采用同样的10°半锥角设计，由中密度烧蚀防热材料构成；根据发动机燃气流的热流密度分布和工作时间，导流锥管采用变厚度设计，从小端到大端厚度由14.5mm变至8mm，具备烧蚀防热和隔热的特性；导流锥管6与安装法兰5采用胶接方式连接形成导流管组件1整体，并通过安装法兰5的连接孔将导流管组件螺接在背罩结构3上。

图3是弹性隔热垫支架剖面示意图，弹性隔热垫支架组件2套装在发动机10外部，并采用螺接方式固定于着陆平台结构4上。弹性隔热垫支架组件包括隔热垫7、波形弹簧8以及支架9。耐高温不锈钢的支架9安装在发动机10外部，可对发动机10进行有效防护。图4是弹性隔热垫剖面示意图，隔热垫7由耐高温石英布和镍丝编织缝合而成，并采用0.2mm厚度的耐高温不锈钢圆环12作为内衬和外衬，可以很好的维持形状，整体为中空的T形圆环结构构型；波形弹簧8采用耐高温合金钢材料制备而成，内圈可与隔热垫7紧密配合。隔热垫7与波形弹簧8采用镍丝缝合为一体即成为弹性隔热垫，具备良好的压缩回弹性能。弹性隔热垫组件安装在耐高温不锈钢的支架9上部的安装槽内，利用不锈钢丝通过安装槽底部开设的Φ2mm小孔进行绑扎固定，形成弹性隔热垫支架组件2，通过高度设计可确保耐高温的隔热垫7部分暴露在支架9安装槽外部，而波形弹簧8始终位于支架9安装槽内部；隔热垫7的内腔与安装槽壁面采用间隙配合，隔热垫内腔面为导向面11，可实现弹性隔热垫沿支架安装槽的往复运动而不出现卡滞。

根据全任务周期对弹性隔热垫支架组件由装配状态至极限拉开及极限压紧状态的行程进行设计，可确保耐高温的隔热垫部分暴露在支架9的安装槽外部，而波形弹簧8始终位于支架9的安装槽内部，能够满足在气动加热及发动机工作时，导流管组件1与弹性隔热垫支架组件2始终处于紧密贴合状态，确保良好的动态热密封性能。

图5(a)～图5(d)是各种对接状态剖面示意图，包括对接面未装配状态、对接面装配状态、对接面极限拉开状态和对接面极限压缩状态。根据全任务周期对弹性隔热垫支架组件2由装配状态至极限拉开及极限压紧状态的行程进行设计，能够满足在气动加热及发动机工作时，导流管组件1与弹性隔热垫支架组件2始终处于紧密贴合状态，确保良好的动态热密封性能。

以上仅为本实例的较佳实施例而已，并非用于限定本实例的保护范围。凡在本实例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实例的保护范围之内。本实例为后续其它深空探测器对接面的动态热密封技术奠定坚实基础。

本发明中未作详细说明的部分属于本领域的公知技术。

Claims (10)

1.一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，包括：导流管组件(1)和弹性隔热垫支架组件(2)；

若干导流管组件(1)分别安装在背罩结构(3)上；若干弹性隔热垫支架组件(2)分别套装在发动机(10)外部，安装在着陆平台结构(4)上；导流管组件(1)和弹性隔热垫支架组件(2)的安装位置一一对应；

导流管组件(1)包括导流锥管(6)和安装法兰(5)；导流锥管(6)通过安装法兰(5)的连接孔安装在背罩结构(3)上；弹性隔热垫支架组件(2)包括隔热垫(7)、波形弹簧(8)、支架(9)；支架(9)安装在发动机(10)外部；波形弹簧(8)的内圈与隔热垫(7)密封配合构成弹性隔热垫，弹性隔热垫安装在支架(9)上部的安装槽内。

2.根据权利要求1所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，导流锥管(6)为回转体结构，沿中心轴开有圆锥形的通孔，圆锥形通孔的半锥角为10°，导流锥管(6)采用中密度烧蚀防热材料。

3.根据权利要求2所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，导流锥管(6)的壁面为变厚度壁面，从小端到大端厚度由14.5mm变至8mm。

4.根据权利要求2或3所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，导流锥管(6)胶接在安装法兰(5)的中心孔处。

5.根据权利要求1所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，支架(9)的材料为耐高温不锈钢。

6.根据权利要求5所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，隔热垫(7)由耐高温石英布和镍丝编织缝合而成，采用耐高温不锈钢圆环(12)作为内衬和外衬，整体为中空的T形圆环结构。

7.根据权利要求5或6所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，波形弹簧(8)的材料为耐高温合金钢材料。

8.根据权利要求7所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，隔热垫(7)与波形弹簧(8)采用镍丝缝合为一体构成弹性隔热垫。

9.根据权利要求8所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，弹性隔热垫通过不锈钢丝和支架(9)的安装槽底部开设的通孔进行绑扎固定。

10.根据权利要求9所述的一种可分离式导流管对接装置，其特征在于，隔热垫(7)的内壁与支架(9)的安装槽壁面采用间隙配合。

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