CN202508284U - 一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，所述着陆垫主要由盆体、法兰盘和触底信号装置组成；其中，上、下蒙皮分别为盆体上面和底面；上、下蒙皮之间设帽型梁、第一缓冲材料和第二缓冲材料；帽型梁位于盆体中心区域；帽型梁的环形区域内、外侧分别填充第二、一缓冲材料；法兰盘位于盆体中心区域的帽型梁顶部的上蒙皮上；触底开关位于帽型梁的凹形环状空腔内，底部触点伸出下蒙皮；信号转接板位于法兰盘上，底部与触底开关由信号输入线连接，由信号输出线与信号采集端连接，着陆垫与主支柱间由球铰连接，球窝与球头由剪切销固定连接。所述着陆垫在实现载荷传递和稳定支撑的同时，可实现平稳滑移和局部缓冲，并提高给出触底信号的可靠性。

Description

一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫

技术领域

本实用新型涉及一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，具体地说，所述着陆垫用于航天器着陆缓冲机构中，具有载荷传递、平稳滑移、局部缓冲、稳定支撑和提供触底信号等多种功能。

背景技术

着陆缓冲机构是航天器成功实现软着陆的一种重要部件。一般而言，着陆缓冲机构主要由主支柱，辅助支柱和着陆垫组成。在航天器软着陆时，着陆垫是最先接触着陆面的组件，它位于主支柱末端，能够为航天器着陆提供相对较大的接触面积。

美国阿波罗11号登月舱的着陆垫由圆盘状铝蜂窝夹层结构组成，外径939.8mm，圆盘中心部位铝蜂窝的规格为3/16-5052-0.001，圆盘外围铝蜂窝的规格为3/16-2024T81-0.0015。着陆垫底面设有长杆状触底探针。发射时，触底探针与主支柱收拢压紧在一起承受动力学环境；着陆前，触底探针随着陆缓冲机构一起展开到达工作位置。当登月舱到达距离月面高度约1.5m时，触底探针与月球表面接触，触底探针头部受到压力将电路接通，激活触地信号灯显示，便于宇航员关闭下降发动机。登月舱降落在月表时，触底探针将被折断压碎或压入月壤。触底探针几何尺寸大，收拢压紧与展开到位环节多，系统可靠性低，且在着陆冲击和滑移过程中可能会给着陆垫姿态带来不利影响。

此外，美国勘察者系列月球着陆器的着陆垫为圆饼状蜂窝夹层结构，与登月舱的着陆垫相比，厚度尺寸更大且功能单一。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，所述着陆垫的结构简单，具备载荷传递、平稳滑移、局部缓冲和稳定支撑等多种功能，尤其是触底信号可靠性高。

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。

一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，所述着陆垫主要由盆体、法兰盘和触底信号装置组成；其中，盆体由上蒙皮、下蒙皮、第一缓冲材料、第二缓冲材料和帽型梁组成；触底信号装置主要由信号转接板和触底开关组成。

上蒙皮形成盆体的上面，下蒙皮形成盆体的底面；上蒙皮和下蒙皮之间，设有帽型梁、第一缓冲材料和第二缓冲材料；帽型梁位于盆体中心区域；帽型梁的环形区域外侧填充有第一缓冲材料，内侧填充有第二缓冲材料。法兰盘位于盆体内侧上方的中心区域，帽型梁顶部上蒙皮的上方。触底开关位于帽型梁顶部和底部间的凹形环状空腔内，底部触点伸出下蒙皮；信号转接板位于法兰盘上，底部与触底开关通过信号输入线连接，并通过信号输出线与航天器上相应的信号采集端连接。

其中，所述上蒙皮和下蒙皮为铝合金或碳纤维复合材料。帽型梁是一种环状薄壁加强梁，其厚度尺寸根据着陆缓冲机构的主支柱末端的鉴定载荷确定。第一缓冲材料和第二缓冲材料是铝蜂窝、泡沫铝或其它可设计的变形材料，强度要求不同；其中，第一缓冲材料的强度要求为使第一缓冲材料产生塑性变形的最小载荷相当或略高于着陆缓冲机构辅助支柱内缓冲材料产生塑性变形的载荷；第二缓冲材料的强度要求为使第二缓冲材料产生塑性变形的最小载荷高于着陆缓冲机构主支柱内缓冲材料产生塑性变形的载荷。盆体的各组成部分之间采用胶接固定连接形成具有复合夹层结构的盆体；盆体底面直径大于盆体中心区域的最大直径，外缘具有外倾角度。

法兰盘底部与盆体的上蒙皮上方采用胶接、螺接或胶螺混合固定连接，根据着陆缓冲机构的主支柱末端的鉴定载荷，法兰盘周向设有一根或一根以上的加强筋以保证着陆垫的中心区域具有良好的强度和刚度。

触底开关为机械开关、接近开关或行程开关，触底开关为一个或一个以上，其数量可以根据着陆垫底面的大小及其它设计需要进行调整；当触底开关为一个以上时，之间采用并联、串联或并联串联相结合的连接方式采集触底信号。

着陆垫与主支柱采用球铰连接，主支柱末端为球头。着陆垫中的法兰盘上方固定连接有球窝，与球头配合连接，形成球铰。球铰的球窝与球头之间通过剪切销固定连接。

优选盆体外缘外倾角度为120°。

加强筋为一根以上时，优选在法兰盘周向上均匀分布。

优选在触底开关的触点末端设置弹性簧片，弹性簧片的面积大于触点面积，在压力的反复作用下，其弹性形变可以完全恢复。可通过手动触压弹性簧片来多次检验触底开关的有效性。

所述着陆垫的工作过程如下：

着陆冲击瞬时，冲击载荷从着陆垫底部经盆体中心区域和法兰盘传递至着陆缓冲机构的主支柱内，被主缓冲器耗散。触点直接触地触发或通过弹性簧片触地变形触发，把着陆垫与着陆面发生接触的机械短小行程运动转化为电路开闭信号，并将触底开关的触底信号集成为一路信号传入信号线，信号线由着陆垫的上蒙皮引出，与信号采集端连接；剪切销被冲击冲断后，着陆垫可绕球铰运动，有效适应着陆面地形。

有益效果

1.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，在实现航天器着陆缓冲机构用着陆垫的载荷传递和稳定支撑的核心功能的同时，为平稳滑移和局部缓冲提供了设计依据，并提高了给出触底信号的可靠性；

2.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其中盆体是一种胶接成形的复合夹层结构，主要承受剪切载荷；盆体底面直径大于盆体中心区域的最大直径，为航天器着陆提供相对较大的着陆面积，防止过度下陷；盆体外缘具有一定的外倾角度，可在水平滑移过程中推开着陆面上的疏松土壤(或月壤等)，保证平稳滑移；

3.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其中，帽型梁是一种环状薄壁加强梁，主要承受盆体的法向载荷；

4.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其中，第一缓冲材料和第二缓冲材料保证在着陆缓冲机构的主支柱进行缓冲的过程中，着陆垫中心区域能够稳定传递载荷，确保主支柱下端的有效支撑；在着陆缓冲机构的辅助支柱进行缓冲的过程中，若与坚硬岩石发生碰撞，着陆垫周边区域能够产生局部变形，消耗一定水平方向冲击能量；

5.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其中，法兰盘与盆体采用胶接、螺接或胶螺混合连接，并在周向设有一根或一根以上的加强筋，保证着陆垫的中心区域具有良好的强度和刚度；

6.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其中，球铰的球窝与球头之间通过剪切销固定连接，使着陆垫的位置得到有效保持，发射时可承受运载带来的力学环境；着陆冲击前避免着陆垫发生不期望的偏转，保证着陆垫底面首先与着陆面发生冲击；着陆冲击时，剪切销被冲击冲断后，着陆垫可绕球铰运动，有效适应着陆面地形；

7.本实用新型一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其中，触底开关的触点末端设置弹性簧片保证触底开关的触点触发可靠性，避免细小触点落入着陆面疏松土壤(或月壤等)缝隙中而无法触发。

附图说明

图1为实施例一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫在着陆缓冲机构中的位置示意图。

图2为实施例一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫的剖视构造示意图。

图3为实施例一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫工作时的位置保持示意图。

其中：1-法兰盘，2-上蒙皮，3-下蒙皮，4-第一缓冲材料，5-第二缓冲材料，6-帽型梁，7-信号转接板，8-触底开关，9-弹性簧片，10-主支柱，11-辅助支柱，12-着陆垫，13-球窝，14-剪切销，15-球头。

具体实施方式

为了充分说明本实用新型的特性以及实施本实用新型的方式，下面给出实施例。

实施例

一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫12，所述着陆垫12在着陆缓冲机构中的位置如图1所示。着陆缓冲机构主要由主支柱10、辅助支柱11和着陆垫12组成；着陆垫12位于主支柱10的末端，通过球铰与主支柱10连接。

如图2所示，本实用新型所述着陆垫12主要由盆体、法兰盘1和触底信号装置组成；其中，盆体由上蒙皮2、下蒙皮3、第一缓冲材料4、第二缓冲材料5和帽型梁6组成；触底信号装置主要由信号转接板7和触底开关8组成。

上蒙皮2形成盆体的上面，下蒙皮3形成盆体的底面；上蒙皮2和下蒙皮3之间，设有帽型梁6、第一缓冲材料4和第二缓冲材料5；帽型梁6位于盆体中心区域；帽型梁6的环形区域外侧填充有第一缓冲材料4，内侧填充有第二缓冲材料5。法兰盘1位于盆体的中心区域，帽型梁6顶部上蒙皮2的上方。触底开关8位于帽型梁6顶部和底部间的凹形环状空腔内，底部触点伸出下蒙皮3，触点末端设有弹性簧片9；信号转接板7位于法兰盘1底部外边缘上方，底部与触底开关8通过信号输入线连接，并通过信号输出线与航天器上相应的信号采集端连接。

其中，所述上蒙皮2和下蒙皮3为铝合金。帽型梁6是一种环状薄壁加强梁，主要承受盆体的法向载荷。第一缓冲材料4和第二缓冲材料5是铝蜂窝；第一缓冲材料4产生塑性变形的最小载荷与陆缓冲机构辅助支柱11内缓冲材料产生塑性变形的载荷相当，第二缓冲材料5产生塑性变形的最小载荷高于着陆缓冲机构主支柱10内缓冲材料产生塑性变形的载荷。盆体由上蒙皮2、下蒙皮3、第一缓冲材料4、第二缓冲材料5和帽型梁6组成，各组成部分之间采用胶接固定连接成形，形成具有复合夹层结构的盆体，主要承受剪切载荷；盆体底面直径大于设有法兰盘1的中心区域的最大直径，为航天器着陆提供相对较大的着陆面积，防止过度下陷；盆体外缘具有120°的外倾角度，可在航天器水平滑移过程中推开着陆面上的疏松土壤(或月壤等)，保证平稳滑移。

法兰盘1底部与盆体的上蒙皮2外侧胶接固定，法兰盘1周向均匀分布有加强筋，保证着陆垫12的中心区域良具有良好的强度和刚度。

触底开关8为机械开关，着陆垫12底面均布有并联的3个触底开关8以采集触底信号，只要有1个触底开关8被触发就给出触底信号。假设单个触底开关8的可靠度为R1，信号转接板7电路可靠度为R2，则着陆垫12的可靠度为R＝1-(1-R2)(1-R1)³；触底开关8的触点末端设有一个面积大于触点横截面积的弹性簧片9，保证触底开关8触点触发的可靠性，避免细小触点落入着陆面疏松土壤(或月壤等)缝隙中而无法触发；所述弹性簧片9在压力的反复作用下，其变形可以完全恢复，可通过手动触压弹性簧片9来多次检验触底开关8的有效性。

如图3所示，着陆垫12与主支柱10采用球铰连接，主支柱10末端为球头15。着陆垫12中的法兰盘1上方固定连接有球窝13，与球头15配合连接，形成球铰。如图3中的局部放大剖面图部分所示，球铰的球窝13与球头15之间通过剪切销14固定连接，使着陆垫12的位置得到有效保持，发射时可承受运载带来的力学环境；着陆冲击前避免着陆垫12发生不期望的偏转，保证着陆垫12底面首先与着陆面发生冲击；着陆冲击时，剪切销14被冲击冲断后，着陆垫12可绕球铰运动，有效适应着陆面地形。

所述着陆垫12的工作过程如下：

着陆冲击瞬时，冲击载荷从着陆垫12底部经盆体中心区域和法兰盘1传递至着陆缓冲机构的主支柱10内，被主缓冲器耗散。弹性簧片9触地变形触发触底开关8的触点，把着陆垫12与着陆面发生接触的机械短小行程运动转化为电路开闭信号，并将触底开关8的触底信号集成为一路信号传入信号线，信号线由着陆垫12的上蒙皮2引出，与信号采集端连接；剪切销14被冲击冲断后，着陆垫12可绕球铰运动，有效适应着陆面地形。

本实用新型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。

本实用新型包括但不限于以上实施例，凡是在本实用新型的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：所述着陆垫（12）主要由盆体、法兰盘（1）和触底信号装置组成；其中，盆体由上蒙皮（2）、下蒙皮（3）、第一缓冲材料（4）、第二缓冲材料（5）和帽型梁（6）组成；触底信号装置主要由信号转接板（7）和触底开关（8）组成；

上蒙皮（2）形成盆体的上面，下蒙皮（3）形成盆体的底面；上蒙皮（2）和下蒙皮（3）之间，设有帽型梁（6）、第一缓冲材料（4）和第二缓冲材料（5）；帽型梁（6）位于盆体中心区域；帽型梁（6）的环形区域外侧填充有第一缓冲材料（4），内侧填充有第二缓冲材料（5）；法兰盘（1）位于盆体内侧上方的中心区域，帽型梁（6）顶部上蒙皮（2）的上方；触底开关（8）位于帽型梁（6）顶部和底部间的凹形环状空腔内，底部触点伸出下蒙皮（3）；信号转接板（7）位于法兰盘（1）上，底部与触底开关（8）通过信号输入线连接，并通过信号输出线与航天器上相应的信号采集端连接。

2.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：上蒙皮（2）和下蒙皮（3）为铝合金或碳纤维复合材料；帽型梁（6）是一种环状薄壁加强梁。

3.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：第一缓冲材料（4）和第二缓冲材料（5）是铝蜂窝或泡沫铝；其中，第一缓冲材料（4）的强度要求为使第一缓冲材料（4）产生塑性变形的最小载荷相当或略高于着陆缓冲机构辅助支柱（11）内缓冲材料产生塑性变形的载荷；第二缓冲材料（5）的强度要求为使第二缓冲材料（5）产生塑性变形的最小载荷高于着陆缓冲机构主支柱（10）内缓冲材料产生塑性变形的载荷。

4.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：盆体的各组成部分之间采用胶接固定连接；盆体底面直径大于盆体中心区域的最大直径，外缘具有外倾角度。

5.根据权利要求4所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：盆体外缘外倾角度为120°。

6.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：法兰盘（1）底部与盆体的上蒙皮（2）上方采用胶接、螺接或胶螺混合固定连接，法兰盘（1）周向设有一根或一根以上的加强筋。

7.根据权利要求6所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于： 加强筋为一根以上时，加强筋在法兰盘（1）周向上均匀分布。

8.根据权利要求1所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：触底开关（8）为机械开关、接近开关或行程开关，数量一个或一个以上，为一个以上时，各触底开关（8）之间采用并联、串联或并联串联相结合的连接方式相互连接。

9.根据权利要求8所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：在触底开关（8）的触点末端设置弹性簧片（9），弹性簧片（9）的面积大于触点面积，在压力的反复作用下，其弹性形变可以完全恢复。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种着陆缓冲机构用多功能着陆垫，其特征在于：着陆垫（12）与主支柱（10）采用球铰连接，主支柱（10）末端为球头（15），法兰盘（1）上方固定连接有球窝（13），球窝（13）与球头（15）之间通过剪切销（14）固定连接。 

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