CN113720570A - 适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，包括设在火箭橇尾部的伞舱、将伞舱尾端临时封堵的舱盖、初始状态时容纳在伞舱内的气动刹车模块、用于控制推开舱盖的启动模块；气动刹车模块包括主伞、与主伞伞绳端连接的连接带、与主伞伞衣端连接且用于容纳主伞的主伞包和与主伞包牵引端连接的引导伞，连接带与伞舱连接、引导伞伞衣端与舱盖连接；气动刹车模块完全拉直时主伞脱离火箭橇负压区，主伞的伞型为半流带条伞、摆角为±2°～±5°，主伞的伞衣径向带与伞绳采用一体连续型结构，主伞上主要承力部位缝合部的连接结头采用横向卡箍包扎固定，主伞采用芳纶材料。本发明连接、装卸方便，能重复利用，成本低，通用性强，刹车精度高。

Description

适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统

技术领域

本发明属于火箭橇试验领域，具体涉及一种适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统。

背景技术

火箭橇是一种空气动力学试验设备，其工作原理是利用火箭发动机推动测试物体在专用滑轨上高速前进，广泛应用于航空、航天、武器弹药等领域，是陆地进行超音速试验的重要装置。传统的火箭橇刹车系统采用水刹车，即利用火箭橇橇体的水刹车器与火箭橇轨道刹车段水槽中的水产生阻力，使火箭橇减速、刹车。

火箭橇水刹车方法的局限性在于火箭橇速度超过一定马赫时：1、水流会对火箭橇的水刹车器产生结构性破坏，不能重复使用；2、刹车段水槽中水深必须以毫米级进行控制，以免造成不能彻底刹车(水深过浅)或过载过大(水深过深)，但毫米级的水深精度控制在长距离刹车段水槽中的工程实施困难较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，本发明连接、装卸方便，能够重复利用，成本较低，通用性强，刹车精度高。

发明所采用的技术方案是：

一种适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，包括设在火箭橇尾部火箭发动机上方的伞舱、将伞舱尾端临时封堵的舱盖、初始状态时容纳在伞舱内的气动刹车模块、用于控制推开舱盖从而启动气动刹车模块的启动模块；气动刹车模块包括主伞、与主伞伞绳端连接的连接带、与主伞伞衣端连接且用于容纳主伞的主伞包和与主伞包牵引端连接的引导伞，连接带与伞舱连接、引导伞伞衣端与舱盖连接；气动刹车模块完全拉直时主伞脱离火箭橇负压区，不再受尾流的影响，主伞的伞型为半流带条伞、摆角为±2°～±5°，能满足各种速度段下的刹车减速要求，主伞的伞衣径向带与伞绳采用一体连续型结构，以减少缝合部连接结头，主伞上主要承力部位缝合部的连接结头采用横向卡箍包扎固定，以防止缝线剥离，主伞采用芳纶材料，以减小伸长率。

进一步地，试验开始，火箭橇在火箭发动机作用下在滑轨上高速运动，到达试验需求速度，火箭发动机关闭，然后到达刹车时间点，启动模块控制推开舱盖，引导伞首先进入高速气流，其产生的气动力将主伞包拉出，将连接带拉直，连接带拉直后，主伞包的封包约束解除，主伞从主伞包中被拉出，在高速气流作用下充气、张满，产生气动刹车阻力，气动刹车阻力由连接带传递至伞舱，再传递至火箭橇，对火箭橇减速并至刹车。

进一步地，启动模块包括电激发式火工品、用于为电激发式火工品供电的电源、用于控制电源和电激发式火工品间通断的程控器，程控器接通电源和电激发式火工品后，电激发式火工品工作，火药产生的推力能将舱盖推开。

进一步地，试验开始后，火箭橇在火箭发动机作用下在滑轨上高速运动，到达试验需求速度的同时火箭发动机关闭，然后到达刹车时间点的同时程控器接通电源和电激发式火工品。

进一步地，通过前期试验测试推算气动刹车模块对火箭橇产生的气动力，保证正式试验时能对火箭橇有效减速刹车，同时保证不超过火箭橇可承受过载。

进一步地，通过前期试验情况设定伞舱位置，通过弹道程序计算出刹车时间点。

进一步地，伞舱和舱盖采用金属件。

本发明的有益效果是：

本发明的原理是通过主伞产生气动阻力为火箭橇减速并最终实现刹车，气动刹车模块连接、装卸方便，能够重复利用，成本较低，而且连接带和主伞的具体尺寸、形状可调，通用性强；在整个刹车过程中，不依赖水槽刹车段，只通过启动模块控制推开舱盖从而启动气动刹车模块，可以在滑轨任意试验段对火箭橇进行刹车减速，刹车精度高；针对高马赫下气动刹车所产生的问题，本发明采用了相应的解决手段，尽可能减小火箭橇尾流区对主伞阻力的影响，避免了主伞磨损，避免了超声速条件下降落伞的振动现象对降落伞系统工作造成严重影响。

附图说明

图1是本发明实施例中伞舱、气动刹车模块、舱盖的结构示意图，气动刹车模块完全拉直。

图2是本发明实施例中适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统的示意图，启动模块未启动。

图3是本发明实施例中适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统的示意图，启动模块刚启动，推开舱盖。

图4是本发明实施例中适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统的示意图，启动模块启动后，主伞包被拉出、连接带被拉直。

图5是本发明实施例中适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统的示意图，启动模块启动后，气动刹车模块完全拉直。

图中：1-伞舱；2-连接带；3-主伞；4-主伞包；5-引导伞；6-舱盖；7-火箭橇；8-电源；9-程控器；10-火箭发动机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图5所示，一种适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，包括设在火箭橇7尾部火箭发动机10上方的伞舱1、将伞舱1尾端临时封堵的舱盖6、初始状态时容纳在伞舱1内的气动刹车模块、用于控制推开舱盖6从而启动气动刹车模块的启动模块；气动刹车模块包括主伞3、与主伞3伞绳端连接的连接带2、与主伞3伞衣端连接且用于容纳主伞3的主伞包4和与主伞包4牵引端连接的引导伞5，连接带2与伞舱1连接、引导伞5伞衣端与舱盖6连接；气动刹车模块完全拉直时主伞3脱离火箭橇7负压区，不再受尾流的影响，主伞3的伞型为半流带条伞、摆角为±2°～±5°，能满足各种速度段下的刹车减速要求，主伞3的伞衣径向带与伞绳采用一体连续型结构，以减少缝合部连接结头，主伞3上主要承力部位缝合部的连接结头采用横向卡箍包扎固定，以防止缝线剥离，主伞3采用芳纶材料，以减小伸长率。

如图2至图5所示，试验开始，火箭橇7在火箭发动机10作用下在滑轨上高速运动，到达试验需求速度，火箭发动机10关闭，然后到达刹车时间点，启动模块控制推开舱盖6，引导伞5首先进入高速气流，其产生的气动力将主伞包4拉出，将连接带2拉直，连接带2拉直后，主伞包4的封包约束解除，主伞3从主伞包4中被拉出，在高速气流作用下充气、张满，产生气动刹车阻力，气动刹车阻力由连接带2传递至伞舱1，再传递至火箭橇7，对火箭橇7减速并至刹车。

如图2至图5所示，在本实施例中，启动模块包括电激发式火工品、用于为电激发式火工品供电的电源8、用于控制电源8和电激发式火工品间通断的程控器9，程控器9接通电源8和电激发式火工品后，电激发式火工品工作，火药产生的推力能将舱盖6推开。

在本实施例中，试验开始后，火箭橇7在火箭发动机10作用下在滑轨上高速运动，到达试验需求速度的同时火箭发动机10关闭，然后到达刹车时间点的同时程控器9接通电源和电激发式火工品。

在本实施例中，通过前期试验测试推算气动刹车模块对火箭橇7产生的气动力，保证正式试验时能对火箭橇7有效减速刹车，同时保证不超过火箭橇7可承受过载。

在本实施例中，通过前期试验情况设定伞舱1位置，通过弹道程序计算出刹车时间点。

在本实施例中，伞舱1和舱盖6采用金属件。

本发明的原理是通过主伞3产生气动阻力为火箭橇7减速并最终实现刹车，气动刹车模块连接、装卸方便，能够重复利用，成本较低，而且连接带2和主伞3的具体尺寸、形状可调，通用性强；在整个刹车过程中，不依赖水槽刹车段，只通过启动模块控制推开舱盖6从而启动气动刹车模块，可以在滑轨任意试验段对火箭橇7进行刹车减速，刹车精度高；针对高马赫下气动刹车所产生的问题，本发明的解决手段是：

由于空气的可压缩效应的影响，在超声速工作段，火箭橇7的尾流对降落伞性能的影响较亚声速工作段严重得多(主要变现为阻力特征下降)，为尽可能减小火箭橇7尾流区对主伞阻力的影响，采用火工品-引导伞5-连接带2-主伞3的逐级开伞方式，将火箭橇7尾部至主伞3伞衣进气口距离与火箭橇7的直径的比值定义为伞系统拖曳距离，当超声速段拖曳距离大于某个数值，主伞3就脱离了前置体的负压区，基本不再受火箭橇7尾流影响，提高了开伞可靠性；

与通常降落伞使用环境不同，在火箭橇7上使用，其工作高度离地面很低，如降落伞稳定性不好，工作摆角偏大，可能造成工作时降落伞与地面发生高速摩擦，轻则导致主伞磨损，重则完全损毁失效；本发明采用半流带条伞作为降落伞伞型，在低速和高速风洞试验中，该伞型的摆角在±2°～±5°，具有良好的稳定性，能够满足近地面工作条件；

目前国内火箭橇的速度一般不超过3Ma，在超声速情况下，降落伞的特性在很大程度上取决于伞的工作状态(马赫数)、结构形状、火箭橇7与伞系统的几何特性等，伞的阻力系数一般随超声速速度的增加而下降。试验证明，某些能够在超音速条件下正常工作的降落伞伞型，当速度超过1.25Ma时，阻力系数就开始减小，随着速度超过2Ma，阻力系数会降低至亚音速一半不到；本发明选用的半流带条伞，其速度-阻力系数曲线平滑，阻力系数随速度波动小，在亚音速，高、低马赫数等不同速度段下为火箭橇提供的减速刹车性能更为稳定，能够适应火箭橇气动刹车模块各种速度段下刹车减速的工作要求；

超声速条件下降落伞的振动现象(诸如伞绳抖振、伞衣喘振、带条扭振及降落伞高频摆振等)对降落伞系统工作会造成严重影响，甚至导致结构解体，使系统工作完全失败，这是由于降落伞系统主要用缝线将特种纺织材料缝合而成，在超声速条件下，由于剧烈振动容易导致缝合部结构遭受撕裂性破坏；为应对超音速条件下颤震对降落伞的破坏，构件尽可能采用连续型结构，减少缝合部连接环节，主要承力部位缝合部的端头，采用横向卡箍式包扎固定等措施，以防止缝线剥离。

当工作速度接近3Ma，速度、动压及热脉冲等持续作用可能会对降落伞产生严重的加热问题；伞衣径向带与伞绳采用一体连续型结构，减少缝合部连接结头，为避免出现破坏性脉动、伞衣喘振、连接带作弹簧式抖振，导致连接带断裂现象发生，材料选择断裂伸长率小的芳纶材料，以减小伸长率。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：包括设在火箭橇尾部火箭发动机上方的伞舱、将伞舱尾端临时封堵的舱盖、初始状态时容纳在伞舱内的气动刹车模块、用于控制推开舱盖从而启动气动刹车模块的启动模块；气动刹车模块包括主伞、与主伞伞绳端连接的连接带、与主伞伞衣端连接且用于容纳主伞的主伞包和与主伞包牵引端连接的引导伞，连接带与伞舱连接、引导伞伞衣端与舱盖连接；气动刹车模块完全拉直时主伞脱离火箭橇负压区，不再受尾流的影响，主伞的伞型为半流带条伞、摆角为±2°～±5°，能满足各种速度段下的刹车减速要求，主伞的伞衣径向带与伞绳采用一体连续型结构，以减少缝合部连接结头，主伞上主要承力部位缝合部的连接结头采用横向卡箍包扎固定，以防止缝线剥离，主伞采用芳纶材料，以减小伸长率。

2.如权利要求1所述的适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：试验开始，火箭橇在火箭发动机作用下在滑轨上高速运动，到达试验需求速度，火箭发动机关闭，然后到达刹车时间点，启动模块控制推开舱盖，引导伞首先进入高速气流，其产生的气动力将主伞包拉出，将连接带拉直，连接带拉直后，主伞包的封包约束解除，主伞从主伞包中被拉出，在高速气流作用下充气、张满，产生气动刹车阻力，气动刹车阻力由连接带传递至伞舱，再传递至火箭橇，对火箭橇减速并至刹车。

3.如权利要求2所述的适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：启动模块包括电激发式火工品、用于为电激发式火工品供电的电源、用于控制电源和电激发式火工品间通断的程控器，程控器接通电源和电激发式火工品后，电激发式火工品工作，火药产生的推力能将舱盖推开。

4.如权利要求3所述的适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：试验开始后，火箭橇在火箭发动机作用下在滑轨上高速运动，到达试验需求速度的同时火箭发动机关闭，然后到达刹车时间点的同时程控器接通电源和电激发式火工品。

5.如权利要求2所述的适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：通过前期试验测试推算气动刹车模块对火箭橇产生的气动力，保证正式试验时能对火箭橇有效减速刹车，同时保证不超过火箭橇可承受过载。

6.如权利要求2所述的适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：通过前期试验情况设定伞舱位置，通过弹道程序计算出刹车时间点。

7.如权利要求1所述的适用于高马赫的火箭橇气动刹车系统，其特征在于：伞舱和舱盖采用金属件。

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