CN212133465U - 运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置 - Google Patents

Abstract

一种运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置，由沿圆周均布的四组支撑机构组成，轴对称安装于箭体的外壁，每组支撑机构包括支撑梁、支撑杆、滑轨、滑块、梁杆铰链、杆块铰链、梁体铰链，其中支撑杆包含外筒和内筒，外筒和内筒可相对平行滑动，外筒与支撑梁的中部通过梁杆铰链固连，支撑梁安装在箭体的最下方，且支撑梁的上端与箭体通过梁体铰链固连，支撑杆的内筒的上端与滑块通过杆块铰链固连，滑块嵌入到滑轨中，可沿滑轨上下运动，滑轨是一个嵌入箭体内的细长型轨道，其长度可以容纳支撑杆的长度，本实用新型用于重复使用火箭的垂直回收着陆，也适用于着陆器在各类星体如地球、月球、火星、小行星的软着陆。

Description

运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置

技术领域

本实用新型涉及一种可重复使用运载火箭垂直回收着陆支撑机构，属于航天器结构机构设计技术领域。

背景技术

为了降低运载火箭的发射成本，越来越多的国家开始研究可重复使用技术。可重复使用的重要环节是对火箭进行回收，目前世界各国的回收方案主要包括伞降回收、垂直返回和带翼飞回三类，对于垂直返回回收方案，着陆缓冲装置直接关系到回收任务的成败。

着陆缓冲装置的主要作用是吸收火箭子级在地球表面着陆过程中的冲击能量，确保将着陆过程中作用于火箭发动机及其它设备的过载系数减小到系统设计所要求的范围之内，同时提高火箭着陆的稳定性。由于缓冲装置影响到火箭的运载能力，要求其结构简单、重量轻，因此如何设计满足上述条件的着陆缓冲装置是一个亟待解决的问题。

目前国内外大部分的火箭垂直回收着陆缓冲方案均为可折展、可伸缩的腿式结构，存在以下不足：1）主支撑腿过长，压力下容易失去稳定性；2）主支撑腿均为多段伸缩式，导致缓冲装置成功展开的可靠性降低；3）缓冲装置展开后在地面的跨度较小，火箭易侧翻。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可重复使用运载火箭垂直回收的着陆支撑机构，以解决现有的着陆机构成本高、主支撑腿太长易失稳的问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置，由沿圆周均布的四组支撑机构组成，轴对称安装于箭体的外壁，每组支撑机构包括支撑梁、支撑杆、滑轨、滑块、梁杆铰链、杆块铰链、支撑梁与火箭底部间的铰链，其中支撑杆包含外筒和内筒，外筒和内筒可相对平行滑动，外筒与支撑梁的中部通过梁杆铰链固连，支撑梁安装在箭体的最下方，且支撑梁的上端与箭体通过支撑梁与火箭底部间的铰链固连，支撑杆的内筒的上端与滑块通过杆块铰链固连，滑块嵌入到滑轨中，可沿滑轨上下运动，滑轨是一个嵌入箭体内的细长型轨道，其长度可以容纳支撑杆的长度；当火箭发射时，所述着陆缓冲装置处于收拢状态，滑块位于滑轨顶端，支撑杆埋于滑轨内，支撑梁完全包裹滑轨；当火箭着陆回收时，支撑梁打开，在重力作用下绕箭体支撑梁与火箭底部间的铰链向外翻转，同时带动支撑杆向外翻转，同时带动滑块向下运动，此过程中支撑杆中的内筒和外筒的相对位置保持不变；当滑块运动至滑轨底部时，整个缓冲装置展开到位，箭体、支撑梁、支撑杆形成稳定的结构；

所述支撑梁的外形经过空气动力学设计，类似整流罩形状，可有效降低火箭气动阻力；

所述外筒内安装有缓冲器，使得当火箭着陆回收时，外筒内的缓冲器被压缩，吸收箭体动能，保护箭体结构不受破坏。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1. 相比其它倒三角式缓冲装置，本实用新型的支撑杆在缓冲装置展开后的状态下长度更短，支撑杆与铅垂线夹角小，所以节约了缓冲装置的重量，降低了支撑杆内部的压缩载荷，提高了支撑杆的轴压稳定性；

2. 支撑杆在收拢和展开状态下不进行伸缩运动，支撑杆外筒内有更多的空间布置缓冲器，提高了火箭着陆的耐冲击速度，降低了冲击过载，增强了着陆稳定性；

3. 通过改变锁紧机构在滑轨中的位置可以调整支撑梁展开后的跨度，以适应不同高度火箭的回收着陆任务，降低了研发成本。

附图说明

图1为本实用新型所述运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置在收拢状态下的示意图；

图2为本实用新型所述运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置在展开状态下的示意图；

图3为本实用新型所述运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置中的滑轨、滑块、支撑杆与滑块间的铰链以及支撑杆内筒之间的连接示意放大图；

标号说明：1-支撑梁，2-支撑杆，3-支撑杆外筒，4-支撑杆内筒，5-滑轨，6-滑块，7-支撑杆与支撑梁间的铰链，8-支撑杆与滑块间的铰链，9-支撑梁与火箭底部间的铰链，10-箭体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1所示，本实用新型所述的软着陆回收装置，由沿圆周均布的四组支撑机构组成，轴对称安装于火箭的箭体外壁。如图2所示，每组支撑机构包括支撑梁1、支撑杆2、滑轨5、滑块6、梁杆铰链7、杆块铰链8、支撑梁与火箭底部间的铰链9，其中支撑杆2包含外筒3和内筒4，外筒3和内筒4可相对平行滑动，外筒3与支撑梁1的中部通过梁杆铰链7固连，支撑梁1安装在箭体10的最下方，且支撑梁1的上端与箭体10通过支撑梁与火箭底部间的铰链9固连，支撑杆2的内筒的上端与滑块6通过杆块铰链8固连，滑块6嵌入到滑轨5中，可沿滑轨5上下运动。滑轨5是一个嵌入箭体10内的细长型轨道，其长度可以容纳支撑杆2的长度。内筒4、滑块6和滑轨5的具体结构放大图如图3所示；

利用本实用新型所述缓冲装置实现箭体着陆缓冲的具体过程是：当火箭发射时，着陆缓冲装置处于收拢状态，如图1所示，滑块6位于滑轨5顶端，支撑杆2埋于滑轨5内，支撑梁1完全包裹滑轨5。支撑梁1的外形经过空气动力学设计起到类似整流罩的作用，可有效降低火箭气动阻力，保护本实用新型所述缓冲装置免受气动力、气动加热等有害环境的影响；当火箭着陆回收时，如图2所示，支撑梁1打开，在重力作用下绕火箭支撑梁与火箭底部间的铰链9向外翻转，同时带动支撑杆2向外翻转，同时带动滑块6向下运动，此过程中支撑杆2中的内筒4和外筒3的相对位置保持不变。当滑块6运动至滑轨5底部时，缓冲装置展开到位，箭体10、支撑梁1、支撑杆2形成稳定的结构。当支撑梁1的右端触地时，支撑杆2中的内筒4向外筒3内部滑动，支撑杆2缩短，支撑杆外筒3内的缓冲器（铝蜂窝/磁流变液/液压缓冲器）被压缩，吸收箭体动能，并将传递到滑块6上的冲击载荷的峰值限制在较低的范围内，保护箭体结构不受破坏；

采用本实用新型的软着陆缓冲装置，与现有的着陆腿式缓冲装置（如美国猎鹰9号火箭的缓冲装置）相比，支撑杆在缓冲装置展开后的状态下长度约4.2m，缩短了约48%（以支撑梁长度6.7m、展开后与地面夹角30°为例进行对比），节约了整个缓冲装置的重量，提高了支撑杆的轴压稳定性；采用本实用新型的软着陆缓冲装置，火箭着陆的耐冲击速度由传统的1m/s左右提高至4m/s，降低了对控制系统的设计要求，增强了着陆安全性；

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例，而不是全部的实施例，本实施例并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内；

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护并不局限于此，本领域技术人员在不改变原理的情况下，做出的任何无实质变化的改进也应视为本实用新型的保护范围；

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置，由沿圆周均布的四组支撑机构组成，轴对称安装于箭体（10）的外壁，其特征在于：每组支撑机构包括支撑梁（1）、支撑杆（2）、滑轨（5）、滑块（6）、梁杆铰链（7）、杆块铰链（8）、支撑梁与火箭底部间的铰链（9），其中支撑杆（2）包含外筒（3）和内筒（4），外筒（3）和内筒（4）可相对平行滑动，外筒（3）与支撑梁（1）的中部通过梁杆铰链（7）固连，支撑梁（1）安装在箭体（10）的最下方，且支撑梁（1）的上端与箭体（10）通过支撑梁与火箭底部间的铰链（9）固连，支撑杆（2）的内筒的上端与滑块（6）通过杆块铰链（8）固连，滑块（6）嵌入到滑轨（5）中，可沿滑轨（5）上下运动，滑轨（5）是一个嵌入箭体（10）内的细长型轨道，其长度可以容纳支撑杆（2）的长度；当火箭发射时，所述着陆缓冲装置处于收拢状态，滑块（6）位于滑轨（5）顶端，支撑杆（2）埋于滑轨（5）内，支撑梁（1）完全包裹滑轨（5）；当火箭着陆回收时，支撑梁（1）打开，在重力作用下绕箭体（10）支撑梁与火箭底部间的铰链（9）向外翻转，同时带动支撑杆（2）向外翻转，同时带动滑块（6）向下运动，此过程中支撑杆（2）中的内筒（4）和外筒（3）的相对位置保持不变；当滑块（6）运动至滑轨（5）底部时，整个缓冲装置展开到位，箭体（10）、支撑梁（1）、支撑杆（2）形成稳定的结构。

2.根据权利要求1所述的运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置，其特征在于：所述支撑梁（1）的外形经过空气动力学设计，类似整流罩形状，可有效降低火箭气动阻力。

3.根据权利要求1所述的运载火箭垂直回收软着陆缓冲装置，其特征在于：所述外筒（3）内安装有缓冲器，使得当火箭着陆回收时，外筒（3）内的缓冲器被压缩，吸收箭体动能，保护箭体结构不受破坏。

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