CN112046791A - 一种返回式货运飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种返回式货运飞行器，包括：位于底部的动力舱；动力舱内包括有为飞行器提供在轨飞行所需动力的推进器；位于动力舱上方位置的且与动力舱结合固定的气囊舱；气囊舱内包括有气囊和缓冲组件；位于气囊舱上方位置的且与气囊舱结合固定的设备舱；以及位于设备舱上方位置的且与设备舱结合固定的货舱；动力舱被配置为用以承载推进器为飞行器提供在轨动力；气囊舱被配置为用以承载收纳气囊和缓冲组件以及作为飞行器上升段的主承力结构；设备舱被配置为用以承载固定飞行器电控设备；货舱被配置为用以承载飞行器所要搭载的货物。本发明采用舱段串联的方式构成承力体系，其内部可提供足够的布局空间，实现载货空间利用率最大化。

Description

一种返回式货运飞行器

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域。更具体地，涉及一种返回式货运飞行器。

背景技术

过去几十年中，我国空间回收技术一直采用降落伞，辅助以缓冲反推火箭和标位装置完成回收过程，相应的回收技术的改进和发展也是在此基础上展开的。目前，空间返回技术主要应用于载人航天领域，技术方案采用载人式返回舱，空间货物随返回舱下行运输，若此技术方案专门用于空间货物下行运输，势必成本过高，且空间利用率较低。随着我国空间站计划的逐步开展，未来空间站日常货物快速、灵活、低成本下行运输技术方案必将成为热点研究领域，该研究领域可扩展到国际空间站的商业活动。近年来充气式阻力锥的研制成功，使充气式返回技术突破了概念设计阶段，使得空间站日常货物快速、灵活、低成本下行运输技术方案转化为产品成为可能，但是应用于空间站环境的货运飞行器对安全性、空间利用率要求很高，对货运飞行器构型设计提出了挑战。

因此，需要开发出一种布局紧凑、安全性高、承载能力优异的返回式货运飞行器构型，以满足空间站日常货物快速、灵活的下行运输需求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种返回式货运飞行器。有效解决了布局紧凑、安全性高、承载能力优异等问题，满足了空间站日常货物快速、灵活、低成本下行运输的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种返回式货运飞行器，所述飞行器包括：

位于底部的动力舱；动力舱内包括有为飞行器提供在轨飞行动力的推进器；

位于所述动力舱上方位置的且与所述动力舱结合固定的气囊舱；气囊舱内包括有气囊和缓冲组件；

位于所述气囊舱上方位置的且与所述气囊舱结合固定的设备舱；以及位于所述设备舱上方位置的且与所述设备舱结合固定的货舱；

所述动力舱被配置为用以承载推进器为飞行器提供在轨动力；所述气囊舱被配置为用以承载收纳气囊和缓冲组件以及作为飞行器上升段的主承力结构；

所述设备舱被配置为用以承载固定飞行器电控设备；

所述货舱被配置为用以承载飞行器所要搭载的货物。

此外，优选地方案是，所述飞行器还包括有位于所述动力舱与气囊舱之间过渡舱；

所述过渡舱被配置为用以气囊舱与动力舱间结合固定，且过渡动力舱内推进器的安装。

此外，优选地方案是，所述动力舱包括：

动力舱上端面承力环；

动力舱下端面承力环；

位于动力舱上端面承力环与动力舱下端面承力环之间的，用以将动力舱上端面承力环与动力舱下端面承力环连接固定为动力舱主体结构的动力舱环筋以及动力舱竖筋；

动力舱主体结构外表面配置有动力舱蒙皮；

所述动力舱下端面承力环上包括有用于连接运载器或星箭适配器的支耳；所述动力舱环筋包括用于连接推进器的支耳；所述动力舱蒙皮上设有用于将推进器推力端露出的开孔。

此外，优选地方案是，所述气囊舱包括：

气囊保护罩；以及位于位于气囊保护罩内的吸能筒、功能框、气囊适配器以及气囊适配器头罩；其中

吸能筒位于气囊保护罩内的中部位置；

功能框结合固定于吸能筒的顶部；

气囊适配器结合固定于吸能筒的底部；

气囊适配器头罩结合固定于气囊适配器内，气囊适配器头罩的底部由所述气囊适配器底部露出；

所述气囊被收容在所述吸能筒与所述气囊保护罩之间所形成的空间内。

此外，优选地方案是，所述气囊适配器是呈1/4圆弧面围成的环形结构；

所述吸能筒与气囊适配器内形成有为气囊充气展开的充气通道；

所述气囊适配器配合适配器头罩为气囊展开提供气动外形。

此外，优选地方案是，所述功能框包括功能框环形框体；

功能框环形框体包括位于上部位置的功能框上端面承力环，以及位于下部的功能框下端承力面；

所述功能框被配置为用以承载容纳为气囊供气充气的充气组件。

此外，优选地方案是，所述设备舱包括设备舱环形框架；

设备舱环形框架包括位于上部位置的设备舱上端面承力环，以及位于下部位置的设备舱下端承力面；

所述设备舱下端承力面上包括有避让为气囊供气充气的充气组件的镂空部。

此外，优选地方案是，所述货舱包括货舱框；所述货舱框包括：

货舱框上端面承力环；

货舱框下端承力面；以及

连接于货舱框上端面承力环与货舱框下端承力面之间的，形成货舱框整体结构的货舱框环形框。

此外，优选地方案是，所述过渡舱为由过渡舱上端面承力环、过渡舱竖筋以及过渡舱下端面承力环组成的环形框架结构。

此外，优选地方案是，所述气囊保护罩包括：

保护罩上端面承力环；

保护罩下端面承力环；以及

连接于保护罩上端面承力环与保护罩下端面承力环之间的保护罩环筋、保护罩竖筋以及保护罩蒙皮；

所述气囊保护罩上端承力环内侧包括有用于通过火工螺栓连接设备舱的支耳，所述气囊保护罩下端承力环内侧包括有用于通过火工螺栓连接过渡舱的支耳；

所述气囊保护罩由两个半罩组成，两个半罩中部的内侧包括有用于通过火工螺栓连接两个半罩的接口。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供了一种返回式货运飞行器，采用舱段串联的方式构成承力体系，其内部可提供足够的布局空间，实现载货空间利用率最大化。

2、本发明气囊舱中的气囊保护罩作为整体设计的主承力结构，避免了气囊保护罩仅作为独立的附件结构，提高了结构利用率，节约生产成本和发射成本。

3、本发明所有火工螺栓均安放于飞行器内部，飞行器完成隔热屏安装后，火工螺栓不会暴露在飞行器外部，安全性高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所提供飞行器整体结构示意图。

图2示出本发明所提供飞行器内部结构示意图。

图3示出本发明所提供飞行器结构中动力舱的结构示意图。

图4示出本发明所提供飞行器结构中过渡舱的结构示意图。

图5示出本发明所提供飞行器结构中气囊舱的外部结构示意图。

图6示出本发明所提供飞行器结构中气囊舱的内部结构示意图。

图7示出本发明所提供飞行器结构中设备舱的结构示意图。

图8示出本发明所提供飞行器结构中货舱的正部结构示意图。

图9示出本发明所提供飞行器结构中货舱的背部结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

基于空间站内部货物下行应用领域的特殊要求，本发明提供了一种安全性高、布局紧凑、承载能力优异，满足空间站日常货物快速下行的返回式货运飞行器构型，结合图1至图9所示，具体地，所述飞行器包括：

位于底部的动力舱1；动力舱1内包括有为飞行器提供在轨飞行动力的推进器(图未示出)；

位于所述动力舱1上方位置的且与所述动力舱结合固定的气囊舱2；气囊舱2内包括有气囊和缓冲组件(图未示出)；

位于所述气囊舱2上方位置的且与所述气囊舱2结合固定的设备舱3；以及

位于所述设备舱3上方位置的且与所述设备舱3结合固定的货舱4；

所述动力舱1被配置为用以承载推进器为飞行器提供在轨动力，包括飞行器空中姿态调整，制动，变轨等。

所述气囊舱2被配置为用以承载收纳气囊和缓冲组件以及作为飞行器上升段的主承力结构；

所述设备舱3被配置为用以承载固定飞行器电控设备，电控设备包括蓄电池，为飞行器电子设备供电；测控装置，为飞行器提供发射以及接受相关控制信号；传感器，传感器用以监测定位飞行器飞行姿态或者位置等。以及为飞行器飞行提供控制的相关电子设备。

所述货舱4被配置为用以承载飞行器所要搭载的货物。

在一个实施例中，所述飞行器还包括有位于所述动力舱1与气囊舱2之间过渡舱5；所述过渡舱5被配置为用以气囊舱2与动力舱1间结合固定，且过渡动力舱1内推进器的安装。

结合图3所示出的，在一个实施例中，所述动力舱包括：

动力舱上端面承力环11；

动力舱下端面承力环12；

位于动力舱上端面承力环11与动力舱下端面承力环12之间的，用以将动力舱上端面承力环11与动力舱下端面承力环12连接固定为动力舱主体结构的动力舱环筋13以及动力舱竖筋14；

动力舱主体结构外表面配置有动力舱蒙皮15；

所述动力舱下端面承力环12上包括有用于连接运载器或星箭适配器的支耳；所述动力舱环筋13上包括有用于连接推进器的支耳；所述动力舱蒙皮15上设有用于将推进器推力端露出的开孔151。

结合图4所示出的，在一个实施例中，所述过渡舱5为由过渡舱上端面承力环51、过渡舱竖筋53以及过渡舱下端面承力环52组成的环形框架结构。过渡舱可将飞行器上的火工螺栓封装在飞行器内，不暴露于飞行器外，所有火工螺栓均安放于飞行器内部，飞行器完成隔热屏安装后，所有火工螺栓不外露，有效解决了安全性问题；过渡舱上端面承力环51上还包括弹簧推力组件的承载平台，弹簧推力组件用以在飞行器轴向方向上为动力舱与飞行器的分离提供助动力。

结合图5、6所示出的，在一个实施例中，所述气囊舱2包括：

气囊保护罩21；以及位于位于气囊保护罩21内的吸能筒22、功能框23、气囊适配器24以及气囊适配器头罩25；所述气囊保护罩21、气囊适配器头罩25、气囊适配器24、吸能筒22、功能框23位于同一轴线，其中

吸能筒22位于气囊保护罩21内的中部位置；

功能框23结合固定于吸能筒22的顶部；

气囊适配器24结合固定于吸能筒22的底部；

气囊适配器头罩25结合固定于气囊适配器24内，气囊适配器头罩25的底部由所述气囊适配器24底部露出；

所述气囊被收容在所述吸能筒22与所述气囊保护罩21之间所形成的空间内。

结合图示结构，在一个实施例中，所述气囊适配器24是呈1/4圆弧面围成的环形结构；

所述吸能筒22与气囊适配器24内形成有为气囊充气展开的充气通道；

所述气囊适配器24配合气囊适配器头罩25为气囊展开提供气动外形。

吸能筒22是一种薄壁圆筒结构。

参见图6所示，具体地，所述功能框23包括功能框环形框体；

功能框环形框体包括位于上部位置的功能框上端面承力环231，以及位于下部的功能框下端承力面232；

所述功能框23被配置为用以承载容纳为气囊供气充气的充气组件。

所述功能框环形框体外壁是一种蒙皮加筋结构，所述功能框下端承力面232是一种蒙皮加筋结构。气瓶安装于功能框环形框体上，其部分可位于吸能筒内，节省飞行器轴向方向上的空间体积。

所述功能框环形框体上包括有连接所述功能框上端面承力环231和功能框下端承力面232的加强筋233，所述功能框下端承力面232包括有安装孔位。安装孔位用以安装固定为气囊充气的充气组件。功能框下端部具备与缓冲蜂窝组件的连接接口，所述吸能筒将缓冲组件包围其内部。缓冲组件可在飞行器降落过程中为设备舱以及货舱起到缓冲作用。

本实施方式中，所述气囊保护罩21包括：

气囊保护罩上端面承力环211；

气囊保护罩下端面承力环212；以及

连接于气囊保护罩上端面承力环211与气囊保护罩下端面承力环212之间的气囊保护罩环筋、气囊保护罩竖筋以及气囊保护罩蒙皮213；

所述气囊保护罩上端承力环211内侧包括有用于通过火工螺栓连接设备舱的支耳，所述气囊保护罩下端承力环212内侧包括有用于通过火工螺栓连接过渡舱的支耳；

所述气囊保护罩21由两个半罩组成，两个半罩中部的内侧包括有用于通过火工螺栓6连接两个半罩的接口214。

气囊保护罩下端承力环212上还包括有用于安放弹簧推力组件的安装平台，弹簧推力组件用以在飞行器轴向方向上为动力舱与飞行器的分离提供助动力。

所述气囊保护罩21下端部向下连接于所述过渡舱5上端部，所述气囊保护罩21上端部向上连接于所述设备舱3下端部，所述气囊适配器头罩25向上连接于所述气囊适配器24下端部，所述气囊适配器24上端部向上连接于所述吸能筒22下端部，所述吸能筒22上端部向上连接于所述功能框23下端部，所述功能框23上端部向上连接于所述设备舱3下端部。

结合图7所示出的，在一个实施例中，所述设备舱3包括设备舱环形框架；

设备舱环形框架包括位于上部位置的设备舱上端面承力环31，以及位于下部位置的设备舱下端承力面32；所述设备舱下端承力面32上包括有避让为气囊供气充气的充气组件的镂空部321。所述设备舱下端承力面32是一种蒙皮加筋结构，所述设备舱设有连接所述设备舱上端面承力环31和设备舱下端承力面32的加强筋322。

结合图8、9所示出的，在一个实施例中，所述货舱4包括货舱框；所述货舱框包括：

货舱框上端面承力环41；

货舱框下端承力面42；以及

连接于货舱框上端面承力环41与货舱框下端承力面42之间的，形成货舱框整体结构的货舱框环形框43。

货舱下端承力面42是一种蒙皮加筋结构，所述货舱框环形框43是一种蒙皮加筋结构，所述货舱框设有连接所述货舱框竖筋、所述货舱框下端承力面42的加强筋44。进一步地，所述货舱4包括盖板45以及舱门46，其中所述货舱框环形框43下端面连接于所述设备舱3上端面，所述盖板45连接于所述货舱框环形框43上端部，所述舱门46安装于所述盖板45上。

本发明提供的返回式货运飞行器，采用舱段串联的方式构成承力体系，其内部可提供足够的布局空间，实现载货空间利用率最大化。并且本发明利用气囊舱中的气囊保护罩作为整体设计的主承力结构，避免了气囊保护罩仅作为独立的附件结构，提高了结构利用率，节约生产成本和发射成本。

如图1至图9所示，本发明提供了一种返回式货运飞行器构型，主要由动力舱1、过渡舱5、气囊舱2、设备舱3、货舱4组成，动力舱1下端面设有与运载器或星箭适配器的连接支耳，动力舱上端面承力环11与过渡舱下端面承力环53采用螺钉连接，过渡舱上端面承力环51与气囊保护罩下端面承力环212上的支耳采用火工螺栓6连接，气囊保护罩21由两个半罩构成，两个半罩之间通过中部的支耳采用火工螺栓连接，气囊保护罩上端面承力环211的支耳与设备舱下端承力面32采用火工螺栓连接，气囊适配器头罩25与气囊适配器24间采用螺钉连接，气囊适配器24与吸能筒22下端部采用螺钉连接，吸能筒22上端部与功能框下端承力面232采用螺钉连接，缓冲组件置于吸能筒内部，缓冲组件与功能框下端承力面采用螺钉连接，功能框上端面承力环231与设备舱3间采用螺钉连接，设备舱上端面承力环31与货舱下端面承力面42采用螺钉连接，盖板45通过端框法兰与货舱4采用螺钉连接，舱门46与盖板45间采用转轴连接。

本发明采用动力舱、过渡舱、气囊舱、设备舱、货舱串联形成承力体系，将气囊保护罩作为承力结构，有别于将气囊保护罩作为结构附件，有效提高了承载能力和结构利用率，降低了加工和发射成本。且独立货舱设计，实现载货空间利用率最大化。并且本发明提供的飞行器结构中所有火工螺栓均安放于飞行器内部，飞行器完成隔热屏安装后，所有火工螺栓不外露，有效解决了安全性问题

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种返回式货运飞行器，其特征在于，所述飞行器包括：

位于底部的动力舱；动力舱内包括有为飞行器提供在轨飞行动力的推进器；

位于所述动力舱上方位置的且与所述动力舱结合固定的气囊舱；气囊舱内包括有气囊和缓冲组件；

位于所述气囊舱上方位置的且与所述气囊舱结合固定的设备舱；以及

位于所述设备舱上方位置的且与所述设备舱结合固定的货舱；

所述动力舱被配置为用以承载推进器为飞行器提供在轨动力；

所述气囊舱被配置为用以承载收纳气囊和缓冲组件以及作为飞行器上升段的主承力结构；

所述设备舱被配置为用以承载固定飞行器电控设备；

所述货舱被配置为用以承载飞行器所要搭载的货物。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括有位于所述动力舱与气囊舱之间过渡舱；

所述过渡舱被配置为用以气囊舱与动力舱间结合固定，且过渡动力舱内推进器的安装。

3.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，

所述动力舱包括：

动力舱上端面承力环；

动力舱下端面承力环；

位于动力舱上端面承力环与动力舱下端面承力环之间的，用以将动力舱上端面承力环与动力舱下端面承力环连接固定为动力舱主体结构的动力舱环筋以及动力舱竖筋；

动力舱主体结构外表面配置有动力舱蒙皮；

所述动力舱下端面承力环上包括有用于连接运载器或星箭适配器的支耳；所述动力舱环筋包括用于连接推进器的支耳；所述动力舱蒙皮上设有用于将推进器推力端露出的开孔。

4.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述气囊舱包括：

气囊保护罩；以及位于位于气囊保护罩内的吸能筒、功能框、气囊适配器以及气囊适配器头罩；其中

吸能筒位于气囊保护罩内的中部位置；

功能框结合固定于吸能筒的顶部；

气囊适配器结合固定于吸能筒的底部；

气囊适配器头罩结合固定于气囊适配器内，气囊适配器头罩的底部由所述气囊适配器底部露出；

所述气囊被收容在所述吸能筒与所述气囊保护罩之间所形成的空间内。

5.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，

所述气囊适配器是呈1/4圆弧面围成的环形结构；

所述吸能筒与气囊适配器内形成有为气囊充气展开的充气通道；

所述气囊适配器配合适配器头罩为气囊展开提供气动外形。

6.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述功能框包括功能框环形框体；

功能框环形框体包括位于上部位置的功能框上端面承力环，以及位于下部的功能框下端承力面；

所述功能框被配置为用以承载容纳为气囊供气充气的充气组件。

7.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，

所述设备舱包括设备舱环形框架；

设备舱环形框架包括位于上部位置的设备舱上端面承力环，以及位于下部位置的设备舱下端承力面；

所述设备舱下端承力面上包括有避让为气囊供气充气的充气组件的镂空部。

8.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，

所述货舱包括货舱框；所述货舱框包括：

货舱框上端面承力环；

货舱框下端承力面；以及

连接于货舱框上端面承力环与货舱框下端承力面之间的，形成货舱框整体结构的货舱框环形框。

9.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，

所述过渡舱为由过渡舱上端面承力环、过渡舱竖筋以及过渡舱下端面承力环组成的环形框架结构。

10.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，

所述气囊保护罩包括：

保护罩上端面承力环；

保护罩下端面承力环；以及

连接于保护罩上端面承力环与保护罩下端面承力环之间的保护罩环筋、保护罩竖筋以及保护罩蒙皮；

所述气囊保护罩上端承力环内侧包括有用于通过火工螺栓连接设备舱的支耳，所述气囊保护罩下端承力环内侧包括有用于通过火工螺栓连接过渡舱的支耳；

所述气囊保护罩由两个半罩组成，两个半罩中部的内侧包括有用于通过火工螺栓连接两个半罩的接口。

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