CN114777976A - 一种航天运载器的调平测力装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航天运载器的调平测力装置及系统。调平测力装置包括：承力模块，用于放置航天运载器的其中一个箭脚；测力模块，用于测量航天运载器的其中一个箭脚受到的压力；球铰模块，设置在所述承力模块与所述测力模块之间，用于将航天运载器不同方向的力传输到所述测力模块；升降模块，设置在所述测力模块下方用于参与航天运载器的调平。该装置通过模块化的组合搭建测力模块、球铰模块和升降模块，能够满足不同直径的航天运载器的试验要求，设计结构紧凑且机构间运动传递的步骤少，机械效率高。

Description

一种航天运载器的调平测力装置及系统

技术领域

本发明涉及航天运载器领域，具体涉及一种航天运载器的调平测力装置及系统。

背景技术

在航天运载器回收复用技术研究中，垂直起降试验(即VTVL试验)是验证总体技术路径正确性的关键步骤。近年来，由于国内外VTVL的航天运载器的总体方案、尺寸、重量等均有差异，对于VTVL试验验证平台也是千差万别，尤其试验支持系统基本是定制非标设计。这在一定程度上，会出现研制时间过长及成本上升问题。

鉴于此，亟需设计一种模块化结构紧凑且能适应一定范围内不同直径和起飞重量的航天运载器调平测力装置及系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种航天运载器的调平测力装置及系统。

本发明提供一种航天运载器的调平测力装置，包括：承力模块，用于放置航天运载器的其中一个箭脚；测力模块，用于测量航天运载器的其中一个箭脚受到的压力；球铰模块，设置在所述承力模块与所述测力模块之间，用于将航天运载器不同方向的力传输到所述测力模块；升降模块，设置在所述测力模块下方用于参与航天运载器的调平。

根据本发明的一个实施例，所述承力模块为承力板，所述承力板上设置多个T形槽，所述多个T形槽用于安装螺栓与航天运载器的箭脚固定连接。

根据本发明的一个实施例，所述球铰模块包括球头座，球铰和球铰座，所述球头座设置在所述承力板的下方，所述球铰固定在所述球头座上，所述球铰座可活动的连接到所述球铰上。

根据本发明的一个实施例，所述球铰座为U字形，且两侧可以向外打开15-30度。

根据本发明的一个实施例，所述测力模块为测力传感器，所述测力传感器的一端与所述球铰座通过螺栓连接，所述测力传感器的另一端与所述升降模块连接。

根据本发明的一个实施例，所述升降模块包括原动机、减速器和升降机，所述原动机和所述减速器在所述升降机的一侧串联以提供动力至所述升降机，驱动所述升降机在竖直方向移动。

根据本发明的一个实施例，所述升降模块包括手轮和升降机，通过转动所述手轮提供动力至所述升降机。

根据本发明的一个实施例，所述升降机采用蜗轮蜗杆的形式，动力通过所述蜗杆输送到所述蜗轮，所述蜗轮与螺旋结构连接将水平的动力转换成竖直的螺旋力，所述螺旋结构与所述测力模块连接，螺旋力带动所述测力模块沿着竖直方向移动。

根据本发明的一个实施例，所述螺旋结构包括丝杆和滑块，所述丝杆包括丝杆螺旋副和丝杆直杆，所述丝杆螺旋副嵌入到所述滑块中，所述滑块与所述蜗轮可旋转连接，所述丝杆直杆与所述测力模块连接，所述螺旋力牵引所述丝杆和所述测力模块沿着竖直方向移动。

另一方面，本发明还提供一种航天运载器的调平测力系统，包括与运载器箭脚对应的多个调平测力装置，所述多个调平测力装置为如上述的调平测力装置，其中每个调平测力装置还包括控制器，多个控制器连接至控制终端，从而控制终端根据设置于运载器发动机机架的倾角传感器的测量数据，通过控制多个控制器控制调平测力装置的调平动作。

根据本发明的航天运载器调平测力装置及系统，通过模块化的组合搭建测力模块、球铰模块和升降模块，能够满足不同直径的航天运载器的试验要求，设计结构紧凑且机构间运动传递的步骤少，机械效率高。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明发明的原理。

图1是本发明一个实施例的航天运载器的调平测力装置的示意图；

图2是本发明一个实施例的航天运载器的调平测力装置运动原理的示意图；

图3是本发明一个实施例的航天运载器的调平测力系统的示意图。

附图标记：

101-承力模块，102-测力模块，103-球铰模块，1031-球头座，1032-球铰，1033-球铰座，104-升降模块，1041-原动机，1042-减速器，1043-升降机，1044-手轮，201-机架，202-防倾斜机构，301-蜗轮，302-蜗杆，303-螺旋结构，3031-丝杆，3032-滑块，304-丝杆螺旋副，305-丝杆直杆，401-控制器，402-控制终端，403-倾角传感器。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本发明实施例的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

图1是本发明一个实施例的航天运载器的调平测力装置的示意图；图2是本发明一个实施例的航天运载器的调平测力装置运动原理的示意图；图3是本发明一个实施例的航天运载器的调平测力系统的示意图。

如图1所示，本发明提供一种航天运载器的调平测力装置，包括：承力模块101，用于放置航天运载器的其中一个箭脚；测力模块102，用于测量航天运载器的其中一个箭脚受到的压力；球铰模块103，设置在承力模块101与测力模块102之间，用于将航天运载器不同方向的力传输到测力模块102；升降模块104，设置在测力模块102下方用于参与航天运载器的调平。

具体地，本发明的调平测力装置可以用于航天运载器回收复用的技术研究中，通过承力模块101、球铰模块103和测力模块102将放置航天运载器的其中一个箭脚的压力测出来，航天运载器的箭脚可以为三个甚至多个。根据航天运载器发动机机架上的倾角传感器数值反馈结果，-说明航天运载器是否处于水平状态。如需要进行调平操作。可以通过升降模块104将升降的力输送至航天运载器的其中一个或者多个箭脚，调整各箭脚的相对位置，从而使得航天运载器处于水平状态。值得一提的是，球铰模块103设置在承力模块101与测力模块102之间能够将航天运载器不同方向的力传输到测力模块102，保证测力模块102测得的压力数据准确。

本发明的调平测力装置采用模块化的设计理念，通过组合式塔建能够满足不同直径的航天运载器的试验要求，设计结构紧凑且机构间运动传递的步骤少，机械效率高。本申请的调平测力装置，在满足调平测力功能的同时，通过模块化组合能适应不同直径和起飞质量的航天运载器的试验要求。在其中一种实施例的应用方案中，调平测力装置能够测量航天运载器加注前后的质量，在加注过程中及时监测航天运载器的姿态并维持其水平状态。该调平测力装置同样适用在垂直起飞和垂直降落的航天运载器试验中，从而验证可重复使用的航天运载器的性能，减少发射费用。

作为本发明的一个实施例，防护装置包括机架201和防倾斜机构202，机架201设置在调平测力装置外侧，防倾斜机构202设置在承力板两侧。

其中，防护装置包括机架201和防倾斜机构202，机架201设置在调平测力装置外侧不仅便于进行各个部件的安装，还能在推进剂燃烧时对调平测力装置进行防护。防倾斜机构202设置在承力板两侧，作为实施例的一种，防倾斜机构202安装在承力板下侧的两边，用于防止承力板出现较大的倾斜，间接地保护航天运载器避免发生侧翻危险。

根据本发明的一个实施例，承力模块101为承力板，承力板上设置多个T形槽，多个T形槽用于安装螺栓与航天运载器的箭脚固定连接。

具体地，承力板上设置有多个T形槽，T形槽在承力板上间隔布局作为航天运载器的箭脚接口位置，通过螺栓将航天运载器的箭脚固定在多个T形槽中。该固定方式能够适应不用型号航天运载器的箭脚，T形槽的结构使得箭脚固定的更加牢靠。

根据本发明的一个实施例，球铰模块103包括球头座1031，球铰1032和球铰座1033，球头座1031设置在承力板的下方，球铰1032固定在球头座1031上，球铰座1033可活动的连接到球铰1032上。

具体地，承力板下方设置了球铰模块103，利用球铰模块103将不是垂直方向的力转换成垂直方向的力，便于测力模块102测得的箭脚压力的精准度。球头座1031为平板结构，通过螺栓连接到承力板，其中球铰1032为球形结构固定在球头座1031上，球铰1032相对于球头座1031不能转动，球铰1032相对于球铰座1033是可以转动的，从而实现不同方向力的传输。另外，当升降模块104参与升降调平工作时，球铰模块103可以保证测力模块102不会发生偏载。

根据本发明的一个实施例，球铰座1033为沿垂直于球铰圆心的截面为U字形，且两侧可以向外打开15-30度。

具体地，球铰座1033为U字形将球铰1032包裹在里面，从而实现球铰1032相对于球铰座1033可转动连接，其中球铰1032的两侧均可以向外打开15-30度。作为其中一种实施例可以选择球铰座1033对半打开各20度，便于球铰1032的装配。为了适应球铰1032的形状，球铰座1033的内部适应性的设置成球铰1032的形状，便于球铰1032的转动。

根据本发明的一个实施例，测力模块102为测力传感器，测力传感器的一端与球铰座1033通过螺栓连接，测力传感器的另一端与升降模块104连接。

具体地，在球铰模块103下方设置测力传感器，测力传感器的一端与球铰座1033通过螺栓连接，测力传感器的另一端与升降模块104连接，其中升降模块104可设置对接法兰与测力传感器连接，对接法兰通过螺栓连接到测力传感器。其中，测力传感器可选择应变式测力传感器。值得一提的是，球头座1031和对接法兰均可设置多个螺纹孔，当航天运载器的起飞重量发生一定范围内的变化时，若测力传感器的量程不满足要求时，只需要更换相应重量的测力传感器，该设计便于多个型号测力传感器的安装；而且，当航天运载器的直径或支腿数量有变化时，通过调整调平测力装置的安装位置或数量以满足不同的垂直起飞和垂直降落的试验要求。

根据本发明的一个实施例，升降模块104包括原动机1041、减速器1042和升降机1043，原动机1041和减速器1042在升降机1043的一侧串联以提供动力至升降机1043，驱动升降机1043在竖直方向移动。

具体地，为了实现航天运载器的调平功能，设置的升降模块104需要包括原动机1041、减速器1042和升降机1043，原动机1041和减速器1042在升降机1043的一侧串联以提供动力至升降机1043，驱动升降机1043在调平测力装置的竖直方向移动，从而带动航天运载器的一个箭脚的上升或者下降。其中，原动机1041和减速器1042处于调平测力装置的水平方向，升降机1043将水平方向的力转换成竖直方向的力输送给航天运载器的箭脚。其中，原动机1041可以选择电动机或者液压马达等拥有驱动功能的部件，减速器1042可以选择齿轮减速器1042。

根据本发明的一个实施例，升降模块104包括手轮1044和升降机1043，通过转动手轮1044提供动力至升降机1043。

具体地，升降模块104除了采用电机驱动的方式，还可以采用手动驱动的方式，通过转动手轮1044提供动力至升降机1043。需要说明的是，如果采用两种方式并存的方式，则原动机1041和减速器1042放置在升降机1043的一侧，手轮1044则放置在升降机1043的另一侧，当原动机1041和减速器1042有故障时或者失效时，可以采用手轮1044驱动的方式调节升降机1043。而且，升降机1043中手轮1044接口设计和装置模块化组合能够适应于自然环境恶劣的场所及机动性要求。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，升降机1043采用蜗轮301和蜗杆302的形式，动力通过蜗杆302输送到蜗轮301，蜗轮301与螺旋结构303连接将水平的动力转换成竖直的螺旋力，螺旋结构303与测力模块102连接，螺旋力带动测力模块102沿着竖直方向移动。

具体地，升降机1043能够将原动机1041和减速器1042的水平的动力转换成竖直的动力，需要采用蜗轮301和蜗杆302的形式，动力通过蜗杆302输送到蜗轮301，蜗轮301与螺旋结构303连接将水平的动力转换成竖直的螺旋力，螺旋结构303与测力模块102连接，螺旋力带动测力模块102沿着竖直方向移动。

根据本发明的一个实施例，螺旋结构303包括丝杆3031和滑块3032，丝杆3031包括丝杆螺旋副304和丝杆直杆305，丝杆螺旋副304嵌入到滑块3032中，滑块3032与蜗轮301可旋转连接，丝杆直杆305与测力模块102连接，螺旋力牵引丝杆3031和测力模块102沿着竖直方向移动。

具体地，升降机1043中的螺旋结构303能够将涡轮的旋转力通过丝杆3031和滑块3032转化成螺旋力，其中丝杆3031包括丝杆螺旋副304和丝杆直杆305，丝杆螺旋副304嵌入到滑块3032中，滑块3032与蜗轮301可旋转连接，涡轮的旋转力带动滑块3032也旋转，嵌入的丝杆螺旋副304不会旋转，随着滑块3032的旋转促使丝杆3031上下移动，由于丝杆直杆305与测力模块102连接，螺旋力牵引丝杆3031和测力模块102沿着竖直方向上下移动。

根据本发明的一个实施例，机架201包括中部机架和底部机架，中部机架对应设置在测力模块102外侧，底部机架对应设置在升降模块104外侧。

具体地，机架201中的中部机架和底部机架将调平测力装置中承力板下面的所有部件包围，从而作为防护外罩有效保护每个部件的安全，其中中部机架对应设置在测力模块102外侧，底部机架对应设置在升降模块104外侧。作为其中一种实施例，中部机架还用于辅助安装升降模块104，使得升降模块104在工作时有支撑力，能够有效降低升降模块104的振动。为了方便维护与操作，中部机架上设置有数个检查门。

根据本发明的一个实施例，承力板为矩形承力板，在承力板两端各设置防倾斜机构202，防倾斜机构202用于防止承力板超过一定角度的倾斜。

具体地，由于承力板下方为球铰模块103，当航天运载器的一个箭脚在调平测力装置的承力板上压力不均时，球铰模块103会带动承力板发生相应角度的倾斜，当倾斜角度过大时会造成航天运载器的倾倒。通过在承力板两端各设置防倾斜机构202，当承力板倾斜到一定角度时，防倾斜机构202能够限制承力板的倾斜角度继续变大，间接地保护航天运载器避免发生侧翻危险。

根据本发明的一个实施例，防倾斜机构202为贯穿的导向螺栓，导向螺栓一端螺接到承力板的螺纹孔，导向螺栓的另一端与中部机架201的对接孔周向间隙对接。

具体地，防倾斜机构202为贯穿承力板和中部机架201的导向螺栓，导向螺栓一端螺接到承力板贯穿的螺纹孔，导向螺栓的另一端与中部机架201的对接孔周向间隙对接，既能满足调平测力装置的升降调平工作，也能防止承力板出现一定角度的倾斜。导向螺栓周向距离对接孔内侧的间隙允许承力板在一定角度以内的小范围倾斜，当导向螺栓随着承力板倾斜超过一定角度后，导向螺栓抵接到对接孔内侧，限制承力板继续倾斜，从而防止航天运载器的侧翻。

根据本发明的一个实施例，升降机1043和原动机1041安装的连接部位设置弹性减振垫减小振动；螺旋结构303外侧设置防护罩进行保护。

具体地，升降机1043、原动机1041在安装时需要跟机架201固定进而提供支撑力，为了防止调平测力装置在工作时的晃动，可以采取在连接部位设置弹性减振垫，有效减小试验过程中的振动冲击载荷，保护相关部件。在螺旋结构303的外侧设置防护罩，防止灰尘杂质卷进螺旋结构303造成卡顿，使调平测力装置运行的更加稳定。

如图3所示，另一方面，本发明还提供一种航天运载器的调平测力系统，包括与运载器箭脚对应的多个调平测力装置，多个调平测力装置为如上述的调平测力装置，其中每个调平测力装置还包括控制器401，多个控制器401连接至控制终端402，从而控制终端402根据设置于运载器发动机机架201的倾角传感器403的测量数据，通过控制多个控制器401控制调平测力装置的调平动作。

具体地，根据航天运载器的箭脚个数设置相应数量的调平测力装置并分别放置在每个箭脚下方，航天运载器的发动机机架201上的倾角传感器403设置在运载器的正中位置，方向与航天运载器箭体的象限一致。作为其中一个实施例，倾角传感器403可以选择双轴传感器，所测得的数据反映的是航天运载器的倾斜角度，倾角传感器403以及每个调平测力装置的控制器401连接到控制终端402，控制终端402通过闭环控制的方式实现航天运载器的自动调平和实时测力并显示的功能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航天运载器的调平测力装置，其特征在于，包括：

承力模块，用于放置航天运载器的其中一个箭脚；

测力模块，用于测量航天运载器的其中一个箭脚受到的压力；

球铰模块，设置在所述承力模块与所述测力模块之间，用于将航天运载器不同方向的力传输到所述测力模块；

升降模块，设置在所述测力模块下方用于参与航天运载器的调平。

2.根据权利要求1所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述承力模块为承力板，所述承力板上设置多个T形槽，所述多个T形槽用于安装螺栓与航天运载器的箭脚固定连接。

3.根据权利要求2所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述球铰模块包括球头座，球铰和球铰座，所述球头座设置在所述承力板的下方，所述球铰固定在所述球头座上，所述球铰座可活动的连接到所述球铰上。

4.根据权利要求3所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述球铰座为U字形，且两侧可以向外打开15-30度。

5.根据权利要求3所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述测力模块为测力传感器，所述测力传感器的一端与所述球铰座通过螺栓连接，所述测力传感器的另一端与所述升降模块连接。

6.根据权利要求1所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述升降模块包括原动机、减速器和升降机，所述原动机和所述减速器在所述升降机的一侧串联以提供动力至所述升降机，驱动所述升降机在竖直方向移动。

7.根据权利要求1所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述升降模块包括手轮和升降机，通过转动所述手轮提供动力至所述升降机。

8.根据权利要求6或7任一项所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述升降机采用蜗轮蜗杆的形式，动力通过所述蜗杆输送到所述蜗轮，所述蜗轮与螺旋结构连接将水平的旋转运动转换成竖直的螺旋力，所述螺旋结构与所述测力模块连接，螺旋力带动所述测力模块沿着竖直方向移动。

9.根据权利要求8所述的航天运载器的调平测力装置，其特征在于，所述螺旋结构包括丝杆和滑块，所述丝杆包括丝杆螺旋副和丝杆直杆，所述丝杆螺旋副嵌入到所述滑块中，所述滑块与所述蜗轮可旋转连接，所述丝杆直杆与所述测力模块连接，所述螺旋力牵引所述丝杆和所述测力模块沿着竖直方向移动。

10.一种航天运载器的调平测力系统，其特征在于，包括与运载器箭脚对应的多个调平测力装置，所述多个调平测力装置为如权利要求1-9任一项所述的调平测力装置，其中每个调平测力装置还包括控制器，多个控制器连接至控制终端，从而控制终端根据设置于运载器发动机机架的倾角传感器的测量数据，通过控制多个控制器控制调平测力装置的调平动作。

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