CN114180107B - 一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置 - Google Patents

Abstract

一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，包括：伞舱装置刚性结构件、柔性减速伞类产品组件与柔性防隔热组件。该装置能高效容纳引导伞包、减速伞包及弹射器，并且能全方位对舱内产品进行有效热防护，防止整流罩再入过程长时间传导热和对流热对舱内产品的热损伤，从而确保在既定时序点，弹射器、引导伞及减速伞能顺序正常工作。另外，装置中的弹射器支架和底部防热组件还能有效减小弹射器弹射过程对整流罩本体结构的冲击载荷峰值，从而减小弹射过程损伤整流罩结构本体的风险。本发明可用于整流罩回收系统，且已成功通过飞行试验考核，可为未来类似使用工况的减速伞舱类装置设计提供参考。

Description

一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置

技术领域

本发明属于航天器回收技术领域，特别是一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置。

背景技术

减速伞舱装置是回收系统中的关键装置，对回收系统中减速伞相关组件产品的正常工作起核心保障作用，其功能是否满足载荷条件要求直接影响回收任务的成败。区别于传统返回式航天器(如返回式卫星、载人飞船等)的降落伞回收系统中减速伞舱装置，整流罩回收系统的减速伞舱装置除面临振动、冲击等常规的力学载荷条件外，还需要承受由再入气动热引发的传导热与对流热双重热载荷(传统返回式航天器的减速伞舱装置位于返回器舱体内部，在正常工作之前不会承受热载荷)，这直接给整流罩回收系统减速伞舱装置的研制带来了全新的力热耦合协同设计难题。由于没有能同时满足轻量化、低成本、高可靠性的类似返回器防隔热结构设计作为借鉴参考，新设计的减速伞舱装置的柔性防隔热部组件除能具备长时间传导热和对流热的双重热防护能力外，与减速伞舱刚性结构件匹配连接之后的整体减速伞舱装置还得与常规纯刚性结构面临同样严酷的振动、冲击等力学条件考核，这给整流罩回收系统研制工作的开展带了不小的阻碍与挑战。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，使其具备再入过程长时间的传导热及对流热的双重热防护能力，能够为舱内减速伞、引导伞及弹射器提供可靠的热防护，并在既定工作时序点为引导伞包提供充足的低冲击分离速度，从而确保减速伞能正常分离、拉直并充气工作，使其完成预定的整流罩减速功能。

本发明的技术解决方案是：

一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，包括：弹射器，引导伞包，减速伞包，伞舱盖，顶部防热组件，侧壁防热组件，减速伞舱内筒，减速伞舱外筒，底部防热组件，减速伞舱底板和弹射器支架；

弹射器支架固定安装在减速伞舱底板上，弹射器固定安装在弹射器支架上，弹射器的顶部固定连接伞舱盖；减速伞舱底板固定连接火箭整流罩的安装板上；

减速伞舱内筒和减速伞舱外筒均为筒状结构，减速伞舱内筒和减速伞舱外筒固定安装在减速伞舱底板上，减速伞舱内筒位于减速伞舱外筒内部；

减速伞舱内筒和减速伞舱外筒之间放置有减速伞包，引导伞包套装在弹射器外部，引导伞包固定连接伞舱盖；引导伞包和减速伞包之间通过连接带连接；

伞舱盖的顶部设置有顶部防热组件，减速伞舱外筒的外部设置有侧壁防热组件；减速伞舱底板与火箭整流罩的安装板之间设置有底部防热组件。

可选地，顶部防热组件包括：伞舱盖外防热层，伞舱盖内防热层，伞舱盖内防热层压片和伞舱盖连接螺栓；

伞舱盖内防热层通过伞舱盖连接螺栓固定连接伞舱盖；

伞舱盖连接螺栓的顶部设置有伞舱盖内防热层压片，伞舱盖连接螺栓和伞舱盖内防热层压片之间通过螺纹副连接；

伞舱盖内防热层压片用于防止伞舱盖内防热层的轴向窜动；

伞舱盖外防热层和伞舱盖内防热层之间通过缝线连接；缝线的线迹周向均布，形成多个圆圈。

可选地，侧壁防热组件包括：减速伞舱外筒外防热层，减速伞舱外筒内防热层和减速伞舱外筒外防热层扣袢；

减速伞舱外筒外防热层和减速伞舱外筒内防热层通过多圈轴向均布的缝线连接为一个整体结构，整体结构套装在减速伞舱外筒的外部；

伞舱盖内防热层用于对减速伞舱外筒内防热层进行轴向限位；减速伞舱外筒外防热层的顶部端面与伞舱盖外防热层的外端面平齐；

减速伞舱外筒外防热层的外壁上设置有多个周向均布的减速伞舱外筒外防热层扣袢，减速伞舱外筒外防热层通过减速伞舱外筒外防热层扣袢连接底部防热组件；

可选地，底部防热组件包括：减速伞舱底板防热层扣袢，减速伞舱底板防热层，减速伞舱底板连接螺栓和减速伞舱底板T形防热套筒；

减速伞舱底板防热层的边缘沿轴向设置有凸缘结构，凸缘结构包裹在减速伞舱外筒外防热层的底部外壁上；

减速伞舱底板防热层凸缘结构的外壁周向均布有多个减速伞舱底板防热层扣袢，减速伞舱底板防热层扣袢和减速伞舱底板防热层通过缝线固定连接，减速伞舱底板防热层扣袢分别固定连接对应的减速伞舱外筒外防热层扣袢；

减速伞舱底板连接螺栓套装减速伞舱底板T形防热套筒，依次穿过减速伞舱底板和减速伞舱底板防热层的安装孔并连接到整流安装板上后，使减速伞舱底板和减速伞舱底板防热层一起连接固定到整流罩安装板上。。

速伞舱底板防热层的材料为氧化铝陶瓷纤维，厚度取值范围为15mm～25mm。

速伞舱底板T形防热套筒的材料为聚酰亚胺，壁厚取值范围为1.5mm～3mm。

伞舱盖外防热层的材料为氧化铝陶瓷纤维，厚度取值范围为10mm～15mm。

伞舱盖内防热层的材料为二氧化硅气凝胶，厚度取值范围为10mm～15mm。

减速伞舱外筒外防热层的材料氧化铝陶瓷纤维，厚度取值范围为10mm～15mm。

减速伞舱外筒内防热层的材料为二氧化硅气凝胶，厚度取值范围为10mm～15mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明采用轻质柔性氧化铝陶瓷纤维毡和二氧化硅气凝胶构成梯度防热层及防热组件之间的“L”型配合关系，使整流罩减速舱装置具备全方位的再入热防护性能，可确保减速伞舱在长时间传导热及对流热载荷作用下，舱内温度不超过40℃；

2)本发明采用拓扑优化后的弹射支架和柔性伞舱底板防热层，可使弹射过程对整流罩本体的冲击载荷减小55％，大幅降低弹射过程对整流罩结构损伤风险；

3)该装置柔性防热组件具有轻质、可靠且经济性好的特点，伞舱整体结构设计较为优化、集成度高且外部机械接口简单，可为其他类似功能减速舱装置提供参考借鉴。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1，首先对本发明的组成作总体介绍，随后再依据组装过程步骤对装置作进一步介绍说明，最后给出装置的工作原理。

发明总体组成如下：

如图1所示，本发明为一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，包括弹射器1，引导伞包2，减速伞包3，伞舱盖4，顶部防热组件，侧壁防热组件，减速伞舱内筒11，减速伞舱外筒12，底部防热组件，减速伞舱底板18和弹射器支架19。

顶部防热组件包括伞舱盖外防热层5，伞舱盖内防热层6，伞舱盖内防热层压片7和伞舱盖连接螺栓8。

侧壁防热组件包括减速伞舱外筒外防热层9，减速伞舱外筒内防热层10和减速伞舱外筒外防热层扣袢13。

底部防热组件包括减速伞舱底板防热层15，减速伞舱底板防热层扣袢14，减速伞舱底板连接螺栓16和减速伞舱底板T形防热套筒17。

发明组装过程如下：

步骤1：

安装弹射器支架19、减速伞舱内筒11及弹射器1。

弹射器支架19为经过拓扑结构优化设计得到的空间一体化支架结构，材料为2A14，结构共有6条斜筋，斜筋两端为连接端面。其中顶部圆形端面周向均匀配打3个M6螺纹孔，用于与3个M6六角螺栓配合，将弹射器1连接固定到弹射器支架19的顶部端面。

减速伞舱内筒11和弹射器支架19的底部法兰端面上的周向均布配打6个孔径为7mm的通孔，用6个M6六角螺栓逐个依次穿过减速伞舱内筒11和弹射器支架19的底部法兰端面通孔，并与减速伞舱底板18内圈的6个均布M6螺纹孔配合连接后，将减速伞舱内筒11和弹射器支架19一同连接固定在减速伞舱底板18上。

步骤2：

安装减速伞舱外筒12、减速伞舱底板18及减速伞舱底板防热层15。

减速伞舱外筒12为底部带法兰连接端面的薄壁圆筒，法兰端面周向均布配打8个孔径为12mm的通孔，减速伞舱底板18和减速伞舱底板防热层15周向均布配打8个孔径为10mm的通孔。用8个减速伞舱底板连接螺栓16分别套装8个减速伞舱底板T形防热套筒17，再依次穿过减速伞舱外筒12底部带法兰连接端面通孔、减速伞舱底板18通孔及减速伞舱底板防热层15通孔后，实现与整流罩安装板的连接固定。

步骤3：

安装侧壁防热组件。

将侧壁防热组件套装到减速伞舱外筒12上，侧壁组件中的减速伞舱外筒内防热层10与减速伞舱外筒12为过盈配合，安装完成后确保舱外筒内防热层10上端面与减速伞舱外筒12上端面平齐；用一根耐热芳纶带，周向依次交叉穿过速伞舱外筒外防热层扣袢13与减速伞舱底板防热层扣袢14后打2道平结固定并作防松处理，实现侧壁防热组件与底部防热组件的连接。

步骤4：

安装减速伞包3。

减速伞包3为空心圆柱体，将减速伞包3套装到减速伞舱外筒12与减速伞舱内筒11之间的环形空腔内，确保减速伞包3的上端面与减速伞舱外筒12上端面平齐。减速伞包3内径与减速伞舱内筒11外径、减速伞包3外径与减速伞舱外筒12内径之间均为过盈配合。

步骤5：

安装引导伞包2与伞舱盖4。

将引导伞包2为空心圆柱体结构，通过伞包底部的4个M5连接螺栓与伞舱盖4下端面的4个M5螺纹孔配合后，将引导伞包2连接固定到伞舱盖4上。

用柔性连接带将引导伞包2里的引导伞连接带与减速伞包连接；将引导伞包2套装到与弹射器1上，引导伞包2内径与弹射器1外径、引导伞包2外径与减速伞舱内筒11内径之间均为间隙配合。

用一个M8螺栓穿过伞舱盖4中心孔径为8mm的通孔后，与弹射器1顶端面的M8螺纹孔配合，实现伞舱盖4与弹射器1之间的连接，拧紧连接螺栓确保伞舱盖4的下端面与减速伞舱内筒11上端面平齐。

步骤6：

安装顶部防热组件。

顶部防热组件中的防热层分为伞舱盖外防热层5和伞舱盖内防热层6，伞舱盖内防热层6周向配打6个孔径为4mm的通孔。伞舱盖连接螺栓8为直径为3mm的双头螺柱结构，伞舱盖内防热层压片7为直径20mm、厚2.5mm且中心配打一个M3螺纹孔的圆形薄片，材料为TC4R。安装顶部防热组件之前，需首先将6个伞舱盖连接螺栓8的一端与伞舱盖4上端面的6个M3螺纹孔配合连接，随后再将伞舱盖内防热层6的6个通孔与6个伞舱盖连接螺栓8配合，最后再用伞舱盖内防热层压片7与穿出伞舱盖内防热层6上端面的连接螺栓8另一端配合连接，实现顶部防热组件与伞舱盖4的连接固定。

至此，完成防隔热减速伞舱装置的整体组装过程。

防隔热减速舱装置的工作原理如下：

1)在弹射器1弹射启动之前，顶部防热组件、侧壁防热组件和底部防热组件可对减速舱整舱进行全方位的热防护，防止长时间的对流热及传导热传递到舱内，对舱内产品造成热损伤或提前引爆弹射器。

2)在预定时刻，弹射器1启动弹射动作，以要求的弹射速度将伞舱盖4、引导伞包2和顶部防热组件弹射分离并拉出引导伞包2中的引导伞，随后由充气工作的引导伞拉出减速伞包3及其中的减速伞。

3)弹射过程中，弹射器支架19和减速伞舱底板防热层15可有效吸收弹射冲击能量，从而减小弹射过程对整流罩本体结构的冲击载荷峰值。

本发明对比现有技术的优点在于：

(1)本发明舱盖顶部防热组件采用轻质高效防热材料，能对舱盖顶部的对流热进行有效防护，同时又不对伞舱盖的弹射分离速度造成明显影响。采用伞舱盖内、外两层防热层的结构设计，并将伞舱盖内防热层压片安装在内外层之间，可有效防止对流热通过内防热层压片与伞舱盖连接螺栓传递到减速舱舱盖上。

(2)本发明侧壁防热组件能对减速伞舱外筒周围的对流热进行有效防护；组件中的减速伞舱外筒内防热层与减速舱舱外筒之间采用过盈配合，减速伞舱外筒内防热层通过速伞舱外筒外防热层扣袢与底部防热组件连接，有效防止侧壁防热组件的轴向与周向窜动，使整体结构装置满足力学振动及冲击要求。

(3)本发明侧壁防热组件中的减速伞舱底板防热层能有效防止整流罩安装板上的传导热传递到减速伞舱底板；组件中的减速伞舱T形防热套筒可有效防止整流罩安装板上的传导热通过连接螺栓上传导到减速伞舱外筒。

(4)弹射器支架和减速伞舱底板防热层可有效吸收弹射器的弹射冲击能量，大幅减小弹射过程作用到整流罩本体上的冲击载荷峰值。

(5)底部防热组件与侧壁防热组件及侧壁防热组件与底部防热组件之间的“L”形配合连接面，可大幅增加对流热通过不同组件之间的配合间隙传递到减速伞舱结构件上的阻力。

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。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，包括：弹射器(1)，引导伞包(2)，减速伞包(3)，伞舱盖(4)，顶部防热组件，侧壁防热组件，减速伞舱内筒(11)，减速伞舱外筒(12)，底部防热组件，减速伞舱底板(18)和弹射器支架(19)；

弹射器支架(19)固定安装在减速伞舱底板(18)上，弹射器(1)固定安装在弹射器支架(19)上，弹射器(1)的顶部固定连接伞舱盖(4)；减速伞舱底板(18)固定连接火箭整流罩的安装板上；

减速伞舱内筒(11)和减速伞舱外筒(12)均为筒状结构，减速伞舱内筒(11)和减速伞舱外筒(12)固定安装在减速伞舱底板(18)上，减速伞舱内筒(11)位于减速伞舱外筒(12)内部；

减速伞舱内筒(11)和减速伞舱外筒(12)之间放置有减速伞包(3)，引导伞包(2)套装在弹射器(1)外部，引导伞包(2)固定连接伞舱盖(4)；引导伞包(2)和减速伞包(3)之间通过连接带连接；

伞舱盖(4)的顶部设置有顶部防热组件，减速伞舱外筒(12)的外部设置有侧壁防热组件；减速伞舱底板(18)与火箭整流罩的安装板之间设置有底部防热组件；

顶部防热组件包括：伞舱盖外防热层(5)，伞舱盖内防热层(6)，伞舱盖内防热层压片(7)和伞舱盖连接螺栓(8)；

伞舱盖内防热层(6)通过伞舱盖连接螺栓(8)固定连接伞舱盖(4)；

伞舱盖连接螺栓(8)的顶部设置有伞舱盖内防热层压片(7)，伞舱盖连接螺栓(8)和伞舱盖内防热层压片(7)之间通过螺纹副连接；

伞舱盖连接螺栓(8)和伞舱盖内防热层压片(7)分别用于防止伞舱盖内防热层(6)的周向和轴向窜动；

伞舱盖外防热层(5)和伞舱盖内防热层(6)之间通过缝线连接；缝线的线迹周向均布，形成多个圆圈；

侧壁防热组件包括：减速伞舱外筒外防热层(9)，减速伞舱外筒内防热层(10)和减速伞舱外筒外防热层扣袢(13)；

减速伞舱外筒外防热层(9)和减速伞舱外筒内防热层(10)之间通过多圈轴向均布缝线固定连接为一个整体结构，整体结构套装在减速伞舱外筒(12)的外部；

伞舱盖内防热层(6)用于对减速伞舱外筒内防热层(10)进行轴向限位；减速伞舱外筒外防热层(9)的顶部端面与伞舱盖外防热层(5)的外端面平齐；

减速伞舱外筒外防热层(9)的外壁上设置有多个周向均布的减速伞舱外筒外防热层扣袢(13)，减速伞舱外筒外防热层扣袢(13)和减速伞舱外筒外防热层(9)通过缝线固定连接，减速伞舱外筒外防热层(9)通过减速伞舱外筒外防热层扣袢(13)连接底部防热组件；

底部防热组件包括：减速伞舱底板防热层扣袢(14)，减速伞舱底板防热层(15)，减速伞舱底板连接螺栓(16)和减速伞舱底板T形防热套筒(17)；

减速伞舱底板防热层(15)的边缘沿轴向设置有凸缘结构，凸缘结构包裹在减速伞舱外筒外防热层(9)的底部外壁上；

减速伞舱底板防热层(15)凸缘结构的外壁设置有多个周向均布的减速伞舱底板防热层扣袢(14)，减速伞舱底板防热层扣袢(14)和减速伞舱底板防热层(15)通过缝线固定连接，减速伞舱底板防热层扣袢(14)分别固定连接对应的减速伞舱外筒外防热层扣袢(13)；

减速伞舱底板连接螺栓(16)套装减速伞舱底板T形防热套筒(17)，依次穿过减速伞舱底板(18)和减速伞舱底板防热层(15)的安装孔并连接到整流安装板上后，使减速伞舱底板(18)和减速伞舱底板防热层(15)一起连接固定到整流罩安装板上。

2.根据权利要求1所述的一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，速伞舱底板防热层(15)的材料为氧化铝陶瓷纤维，厚度取值范围为15mm～25mm。

3.根据权利要求2所述的一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，速伞舱底板T形防热套筒(17)的材料为聚酰亚胺，壁厚取值范围为1.5mm～3mm。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，伞舱盖外防热层(5)的材料为氧化铝陶瓷纤维，厚度取值范围为10mm～15mm。

5.根据权利要求4所述的一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，伞舱盖内防热层(6)的材料为二氧化硅气凝胶，厚度取值范围为10mm～15mm。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，减速伞舱外筒外防热层(9)的材料氧化铝陶瓷纤维，厚度取值范围为10mm～15mm。

7.根据权利要求6所述的一种用于整流罩伞降回收的防隔热减速伞舱装置，其特征在于，减速伞舱外筒内防热层(10)的材料为二氧化硅气凝胶，厚度取值范围为10mm～15mm。

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