CN118145016A - 柔性可展开折叠飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性可展开折叠飞行器，包括防热头锥、展开装置、货运舱和姿控发动机；展开装置包括刚性折叠展开机构和包裹刚性折叠展开机构的蒙皮，刚性折叠展开机构包括：固定于货运舱的底座，底座通过多根引导杆与固定环连接，固定环固定于货运舱上；多根骨架，任一骨架的一端与底座铰接，另一端设置有展开杆；任一骨架配置有一个支撑杆，一端与骨架铰接，另一端固定在滑动块上，滑动块沿引导杆滑动并配置有弹簧，弹簧套设与引导杆上。本发明，折叠方式采用两级收拢方式，折叠效率高，减阻伞展开面积更大；展开方式采用弹簧推动式驱动展开方案，运动机构精简，机械展开可靠，极大降低航天器发射和回收成本。

Description

柔性可展开折叠飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种柔性可展开折叠飞行器。

背景技术

大型刚性航天器结构质量重、体积大、发射成本高、在轨组装困难，且受火箭发射载荷和整流罩包络限制，其结构设计紧凑，有效空间狭窄，导致众多大型航天探索任务无法开展。新型柔性可展开折叠飞行器具有质量轻、发射体积小、折叠效率高、功能集成度高、空间防护能力强、工程实施方便和发射成本低等优点。目前太空探索、对地观测、海洋勘探和军事侦察等空间活动的迅猛发展及未来复杂太空任务的深入应用，对大型化、轻量化、高精度、高收纳比和多功能集成的柔性可展开飞行器需求量日益增加。

柔性可展开折叠飞行器在发射时可以收缩成很小的体积，在发射入轨后，根据功能需要，依靠自身驱动展开，形成满足飞行器再入返回要求的结构形式，然而，现有技术中仍存在以下问题：(1)展开面积不足；(2)通常采用充气式进行展开，成本高。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种柔性可展开折叠飞行器，折叠方式采用两级收拢方式，折叠效率高，减阻伞展开面积更大；展开方式采用弹簧推动式驱动展开方案，运动机构精简，机械展开可靠，极大降低航天器发射和回收成本。

为实现上述发明目的，本发明提供一种柔性可展开折叠飞行器，包括防热头锥、展开装置、货运舱和姿控发动机；所述防热头锥呈倒球锥型，设置于所述货运舱的一端，所述货运舱的另一端设置有姿控发动机，所述展开装置固定于所述货运舱外侧面上；

所述展开装置包括刚性折叠展开机构和包裹所述刚性折叠展开机构的蒙皮，所述刚性折叠展开机构包括：

固定于所述货运舱的底座，所述底座通过多根引导杆与固定环连接，所述固定环固定于所述货运舱上；

多根骨架，任一所述骨架的一端与所述底座铰接，另一端设置有展开杆；

任一所述骨架配置有一个支撑杆，一端与所述骨架铰接，另一端固定在滑动块上，所述滑动块沿所述引导杆滑动并配置有弹簧，所述弹簧套设与所述引导杆上。

根据本发明的一个技术方案，所述滑动块呈环状套设与所述货运舱外侧，多根所述支撑杆连接于所述滑块上。

根据本发明的一个技术方案，所述刚性折叠展开机构展开时，所述骨架基于所述底座顺时针旋转展开，所述展开杆基于所述骨架逆时针旋转展开。

根据本发明的一个技术方案，所述底座上设置有多个卡槽，所述骨架嵌入所述卡槽内铰接。

根据本发明的一个技术方案，所述骨架与对应连接的所述展开杆之间设置有扭簧。

根据本发明的一个技术方案，所述展开装置在所述柔性可展开折叠飞行器发射过程处于折叠状态，任一所述骨架和所述支撑杆通过扎带固定，所述扎带配置有两个切割器。

根据本发明的一个技术方案，所述防热头锥的半锥角为53.34°，头锥钝头半径为0.25m；

所述防热头锥采用石英酚醛防热材料。

根据本发明的一个技术方案，蒙皮采用具有良好可塑性和柔韧性的防/隔热承载一体的柔性材料。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

根据本发明的方案，采用骨架和展开杆两级收拢方式，折叠效率高，减阻伞展开面积更大；展开方式采用弹簧推动式驱动展开方案，运动机构精简，机械展开可靠，极大降低航天器发射和回收成本。柔性可展开折叠飞行器具备充气式展开方案优点，同时具有整体系统简单，机械展开折叠可靠，不需要气瓶辅助，折叠展开机构实现难度小，折叠空间比充气展开方案小，相同减速效果的情况下结构重量更轻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示本发明实施例提供的柔性可展开折叠飞行器的结构示意图；

图2示意性表示本发明实施例提供的柔性可展开折叠飞行器的展开状态立体图；

图3示意性表示本发明实施例提供的展开装置的结构示意图；

图4示意性表示本发明实施例提供的展开装置的运动示意图；

图5示意性表示本发明实施例提供的骨架和底座铰接结构示意图；

图6示意性表示本发明实施例提供的滑动块与弹簧结构示意图；

图7示意性表示本发明实施例提供的骨架和展开杆铰接结构示意图；

图8示意性表示本发明实施例提供的展开装置的半折叠后展开结构机构图；

图9示意性表示本发明实施例提供的展开装置的折叠后的结构示意图。

其中，图1至图9中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、防热头锥；2、展开装置；3、货运舱；4、姿控发动机；21、蒙皮；22、底座；23、引导杆；24、固定环；25、骨架；26、展开杆；27、支撑杆；28、滑动块；29、弹簧。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

如图1至图9所示，本发明的一种柔性可展开折叠飞行器，包括防热头锥1、展开装置2、货运舱3和姿控发动机4；防热头锥1呈倒球锥型，设置于货运舱3的一端，货运舱3的另一端设置有姿控发动机4，展开装置2固定于货运舱3外侧面上；

展开装置2包括刚性折叠展开机构和包裹刚性折叠展开机构的蒙皮21，刚性折叠展开机构包括：

固定于货运舱3的底座22，底座22通过多根引导杆23与固定环24连接，固定环24固定于货运舱3上；

多根骨架25，任一骨架25的一端与底座22铰接，另一端设置有展开杆26；

任一骨架25配置有一个支撑杆27，一端与骨架25铰接，另一端固定在滑动块28上，滑动块28沿引导杆23滑动并配置有弹簧29，弹簧29套设与引导杆23上。

采用骨架25和展开杆26两级收拢方式，折叠效率高，减阻伞展开面积更大；展开方式采用弹簧29推动式驱动展开方案，运动机构精简，机械展开可靠，极大降低航天器发射和回收成本。

柔性可展开折叠飞行器具备充气式展开方案优点，同时具有整体系统简单，机械展开折叠可靠，不需要气瓶辅助，折叠展开机构实现难度小，折叠空间比充气展开方案小，相同减速效果的情况下结构重量更轻。

柔性可展开折叠飞行器主要由刚性的防热头锥1、刚性折叠展开机构和蒙皮21，在发射时气动面处于收拢状态，置于整流罩包络空间内；再(进)入之前气动面展开，展开后通过增加气动面减速。

基于本发明的结构，结合飞行器着陆速度、下行重量、气动热环境等约束，对柔性可展开折叠飞行器气动外形设计的半锥角、钝头半径、展开半径等重要参数进行了优化，具体为：整个柔性可展开折叠飞行器展开状态包络尺寸为：3950mm×1527mm，收拢状态尺寸为：660mm×1527mm。防热头锥1半锥角为53.34°，头锥钝头半径为0.25m。

防热头锥1呈倒球锥型，在再入过程中，其头部是驻点压力和驻点温度集中的地方，需要在高压和高温条件下不能损坏，保持一定的气动外形和结构强度。

其中，柔性可展开折叠飞行器采用二级展开支撑杆27展开方案，由刚性折叠展开机构和柔性蒙皮21组成，折叠展开机构由8根骨架25和8个支撑杆27、8个引导杆23和8个压缩驱动弹簧29、底座22、滑动块28和固定环24组成，蒙皮21采用具有良好可塑性和柔韧性的防/隔热承载一体的新型柔性材料。底座22和固定环24固定于货运舱3外侧，底座22固定于靠近防热头锥1的一侧，固定环24则固定于另一侧，滑动块28呈环状套设与货运舱3外侧，多根支撑杆27连接于滑块上。

展开装置2在柔性可展开折叠飞行器发射过程处于折叠状态，任一骨架25和支撑杆27通过扎带固定，扎带配置有两个切割器，而此时，弹簧29处于压缩状态。在返回过程中某一时刻，切割器起爆，扎带被剪断，滑动块28被压缩弹簧29推动，带动支撑向下运动，支撑起骨架25，促使柔性伞打开，当滑动块28到达指定位置，滑动块28被锁紧，柔性可展开折叠飞行器完成展开过程。

依据柔性可展开折叠飞行器设计需求和切割器技术成熟、寿命、切割力、重量、使用温度，综合考虑选用切割器配套产品。每套柔性可展开折叠飞行器配套两个切割器。

在本发明的一个技术方案中，优选地，刚性折叠展开机构展开时，骨架25基于底座22顺时针旋转展开，展开杆26基于骨架25逆时针旋转展开。

在本发明的一个技术方案中，优选地，骨架25与对应连接的展开杆26之间设置有扭簧。

如图8和图9柔性可展开折叠飞行器采用弹簧29推动式驱动展开结构，折叠状态推力弹簧29处于压缩状态，支撑杆27和骨架25处于收拢状态，二级展开杆26处于折叠状态，此时扭簧处于储能状态，骨架25、支撑杆27和滑动块28在捆扎带的束缚作用下保持折叠状态；捆扎带在火攻装置切割下断开，弹簧29恢复，驱动滑动块28向下移动，支撑杆27打开，带动骨架25打开，完成骨架25的展开，同时，展开杆26在扭簧的作用下展开。

其中，滑动块28上设置有多个外环平台28a，引导杆23穿过外环平台，而套设在引导杆23上的弹簧29则抵靠在外环平台28a上。

在本发明的一个技术方案中，优选地，底座22上设置有多个卡槽，骨架25嵌入卡槽内铰接，底座22与货运舱3之间存在夹角，该角度用于限制骨架25展开的最大角度。

在本发明的一个技术方案中，优选地，蒙皮21采用具有良好可塑性和柔韧性的防/隔热承载一体的柔性材料。

对于本发明的方法所涉及的上述各个步骤的序号并不意味着方法执行顺序的先后，各步骤的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明的实施方式的实施过程构成任何限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，包括防热头锥(1)、展开装置(2)、货运舱(3)和姿控发动机(4)；所述防热头锥(1)呈倒球锥型，设置于所述货运舱(3)的一端，所述货运舱(3)的另一端设置有姿控发动机(4)，所述展开装置(2)固定于所述货运舱(3)外侧面上；

所述展开装置(2)包括刚性折叠展开机构和包裹所述刚性折叠展开机构的蒙皮(21)，所述刚性折叠展开机构包括：

固定于所述货运舱(3)的底座(22)，所述底座(22)通过多根引导杆(23)与固定环(24)连接，所述固定环(24)固定于所述货运舱(3)上；

多根骨架(25)，任一所述骨架(25)的一端与所述底座(22)铰接，另一端设置有展开杆(26)；

任一所述骨架(25)配置有一个支撑杆(27)，一端与所述骨架(25)铰接，另一端固定在滑动块(28)上，所述滑动块(28)沿所述引导杆(23)滑动并配置有弹簧(29)，所述弹簧(29)套设与所述引导杆(23)上。

2.根据权利要求1所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，所述滑动块(28)呈环状套设与所述货运舱(3)外侧，多根所述支撑杆(27)连接于所述滑块上。

3.根据权利要求2所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，所述刚性折叠展开机构展开时，所述骨架(25)基于所述底座(22)顺时针旋转展开，所述展开杆(26)基于所述骨架(25)逆时针旋转展开。

4.根据权利要求3所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，所述底座(22)上设置有多个卡槽，所述骨架(25)嵌入所述卡槽内铰接。

5.根据权利要求4所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，所述骨架(25)与对应连接的所述展开杆(26)之间设置有扭簧。

6.根据权利要求2所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，所述展开装置(2)在所述柔性可展开折叠飞行器发射过程处于折叠状态，任一所述骨架(25)和所述支撑杆(27)通过扎带固定，所述扎带配置有两个切割器。

7.根据权利要求1所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，所述防热头锥(1)的半锥角为53.34°，头锥钝头半径为0.25m；

所述防热头锥(1)采用石英酚醛防热材料。

8.根据权利要求1所述的柔性可展开折叠飞行器，其特征在于，蒙皮(21)采用具有良好可塑性和柔韧性的防/隔热承载一体的柔性材料。