TWI825716B - 小型探空火箭之可載荷門式鼻錐 - Google Patents
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Abstract
一種小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其包含一主體、一活動半錐部、一磁吸組件、一彈性件及一活動閂組件；主體包括一底座與一固定半錐部；活動半錐部樞設於固定半錐部之一側，活動半錐部具有一閂孔；彈性件設置於固定半錐部；活動閂組件包括一閂體與一驅動件，閂體被驅動件驅動可凸伸於底座頂面或縮入底座；固定半錐部與活動半錐部接觸時藉由磁吸組件相互磁吸，彈性件被壓縮，閂體上升且插設於閂孔內，當閂體被驅動縮入底座內時，彈性件將活動半錐部推開後，閂體再被驅動上升凸伸於底座之頂面，以阻止活動半錐部與固定半錐部接觸。
Description
本發明係有關於太空技術領域，尤指一種小型探空火箭之可載荷門式鼻錐。
就小型探空火箭之結構而言，大致包括一箭身、一鼻錐及一尾翼，箭身呈圓筒狀，鼻錐及尾翼分別設置於箭身之軸向兩端。於箭身中設有燃料，箭身或鼻錐中設有降落傘。
燃料用以提供火箭發射所需動力，點燃燃料使火箭升空，當燃料燃燒殆盡之後，控制鼻錐與箭身脫離，降落傘由箭身或鼻錐中彈出並展開，可藉由降落傘提供箭身降落時的緩衝力，避免箭身降落後遭受撞擊。
至於鼻錐的設置方式，最普遍的是拋棄式，當鼻錐與箭身脫離後，鼻錐便會自由落體。或者，可見一種採用連接式鼻錐，利用掛繩或鬆緊帶等物件分別連接箭身與鼻錐，當鼻錐與箭身脫離後仍藉由連接件連接於箭身，因此鼻錐與箭身可同時藉由降落傘送回地面。
就拋棄式鼻錐而言，其缺失在於火箭發射後必須製作新的鼻錐，成本高且形成材料的浪費。
就連接件連接式鼻錐的方式，其缺失在於繩體、鬆緊帶等物件會與降落傘相互干涉，造成降落傘無法正確打開，因而無法將鼻錐與箭身安全地送回地面。
據此，如何發展出一種「小型探空火箭之可載荷門式鼻錐」，可解決拋棄式鼻錐或連接件連接式鼻錐的缺失，是相關技術領域人士亟待解決之課題。
於一實施例中，本發明提出一種小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其包含：一主體，其包括一底座與一固定半錐部，固定半錐部設置於底座頂面，底座頂面具有一貫穿孔；一活動半錐部，樞設於固定半錐部之一側，活動半錐部以樞接處為中心翻轉而與固定半錐部相互接觸或分離，於活動半錐部朝向固定半錐部之面具有一閂孔；一磁吸組件，設置於固定半錐部與活動半錐部互相接觸之面之相對應之位置；一彈性件，設置於固定半錐部；一活動閂組件，設置於底座內，包括一閂體與一驅動件，閂體被驅動件驅動可上升穿過貫穿孔凸伸於底座頂面或縮入底座內；其中，固定半錐部與活動半錐部接觸時可藉由磁吸組件相互磁吸，彈性件被壓縮夾設於固定半錐部與活動半錐部之間，閂體上升且插設於閂孔內，當閂體被驅動縮入底座內時，彈性件將活動半錐部推開後，
閂體再被驅動上升凸伸於底座之頂面，以阻止活動半錐部與固定半錐部接觸。
100:小型探空火箭之可載荷門式鼻錐
10:主體
11:底座
111:內部空間
112:貫穿孔
113:套座
114:活動空間
12:固定半錐部
121:第一側
122:第二側
123:第一底緣
20:活動半錐部
21:第三側
22:第四側
23:第二底緣
24:樞轉軸
25:閂座
26:閂孔
27:凹洞
30:磁吸組件
31:第一磁吸件
32:第二磁吸件
40:彈性件
50,50A:活動閂組件
51,51A:閂體
511A:滑槽
512A:貫穿部
52,52A:驅動件
521:伺服馬達
522:連桿
522A:第一連桿
522B:第二連桿
523A:軸體
524A:擋件
200:小型探空火箭
202:箭身
204:尾翼
206:降落傘
F1:第一方向
H1,H2:水平高度
S1:第一空間
S2:第二空間
ST:容置空間
圖1為本發明之活動半錐部與固定半錐部接觸時組合結構示意圖。
圖2及圖3為本發明之活動半錐部與固定半錐部分離時之結構示意圖。
圖4為圖本發明之活動半錐部與固定半錐部分離且底座部分剖視之結構示意圖。
圖5為圖1結構平行第一方向之剖面結構示意圖。
圖6為圖2結構平行第一方向之剖面結構且閂體縮入底座中之結構示意圖。
圖7為圖2結構平行第一方向之剖面結構且閂體凸伸於底座頂面之結構示意圖。
圖8至9為本發明之活動閂組件另一實施例之組合結構示意圖。
圖10為圖9之活動閂組件實施例之分解結構示意圖。
圖11為圖8結構平行第一方向之剖面結構且閂體凸伸於底座頂面之結構示意圖。
圖12為圖8結構平行第一方向之剖面結構且閂體縮入底座中之結構示意圖。
圖13為本發明設置於箭身之結構示意圖。
圖14為本發明之載荷為降落傘展開時之結構示意圖。
請參閱圖1至圖4所示，本發明所提供之一種小型探空火箭之可載荷門式鼻錐100，其包含一主體10、一活動半錐部20、一磁吸組件30、一彈性件40及一活動閂組件50。
主體10與活動半錐部20之材質不限，例如可為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene,ABS)、聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)、聚氯乙烯(Poly vinyl chloride,PVC)其中之一，適用於最大射高為五公里，最大衝量不大於16.5N*s，最大瞬時推力不大於30N。
若射高增加，可於主體10與活動半錐部20之表面使用碳纖維披覆。
主體10包括一底座11與一固定半錐部12。
底座11具有一內部空間111，於底座11之頂面設有一貫穿孔112貫穿內部空間111。
固定半錐部12平行於一第一方向F1具有相對之一第一側121與一第二側122。於第一側121與第二側122之間具有一第一底緣123。第一側121、第二側122與第一底緣123之間形成一第一空間S1。固定半錐部12以第一底緣123連接設置於底座11之頂面。
活動半錐部20平行於第一方向F1具有相對之一第三側21與一第四側22。第三側21與第四側22之間具有一第二底緣23。第三側21、
第四側22與第二底緣23之間形成一第二空間S2。第四側22與第二側122以樞轉軸24相樞接。
於活動半錐部20朝向固定半錐部12之面具有一閂座25，於閂座25設有閂孔26。
活動半錐部20可以樞轉軸24為中心翻轉，使活動半錐部20之第三側21與固定半錐部12之第一側121相互接觸或分離。
當固定半錐部12與活動半錐部20接觸時，活動半錐部20之第三側21與固定半錐部12之第一側121相互接觸，活動半錐部20之第四側22與固定半錐部12之第二側122相互接觸。活動半錐部20與固定半錐部12組合構成一尖錐體，活動半錐部20與固定半錐部12內部由第一空間S1與第二空間S2構成一容置空間ST。容置空間ST內可供設置物件，例如降落傘。
磁吸組件30包括可磁性相吸之一第一磁吸件31與一第二磁吸件32，分別設置於固定半錐部12與活動半錐部20互相接觸之面之相對應之位置。例如圖2所示分別設置於固定半錐部12與活動半錐部20相對面靠近上方尖錐處，除此之外，可依實際所需將第一磁吸件31與第二磁吸件32設置於其他位置，且數量可視需要而增加。
第一磁吸件31與第二磁吸件32可為磁性相反之磁鐵，或一為磁鐵、一為可被磁吸之物件。
彈性件40設置於固定半錐部12之第一側121，於活動半錐部20之第三側21相對應於彈性件40處設有一凹洞27。當活動半錐部20之
第三側21與固定半錐部12之第一側121相互接觸時，彈性件40朝向第三側21之一端伸入凹洞27並被壓縮於固定半錐部12與活動半錐部20之間。
活動閂組件50設置於底座11之內部空間111內，包括一閂體51與一驅動件52。驅動件52包括一伺服馬達521與一連桿522，連桿522連接伺服馬達521與閂體51。伺服馬達521可驅動連桿522帶動閂體51上升穿過貫穿孔112凸伸於底座11之頂面或縮入底座11之內部空間111內。
請參閱圖5至圖7所示，圖5顯示活動半錐部20與固定半錐部12接觸時之剖面結構，閂座25位於貫穿孔112之上方，閂孔26之投影位置落於貫穿孔112。固定半錐部12與活動半錐部20可藉由第一磁吸件31與第二磁吸件32相互磁吸，且彈性件40被壓縮夾設於固定半錐部12與活動半錐部20之凹洞27之間，且閂體51上升穿過貫穿孔112凸伸於底座11之頂面且插設於閂孔26內。
圖6顯示，當閂體51被驅動件52驅動下降而縮入底座11之內部空間111內時，彈性件40所提供的彈力會將活動半錐部20推開，亦即，彈性件40所提供的彈力必定大於第一磁吸件31與第二磁吸件32間之磁吸力。
請參閱圖7所示，當活動半錐部20被推開後，驅動件52再被驅動閂體51上升穿過貫穿孔112凸伸於底座11之頂面，阻止活動半錐部20與固定半錐部12再度接觸，以利於原本置放於容置空間ST內之物件(例如降落傘)可被順利釋出。
必須說明的是，驅動件52控制閂體51上下運動的方式不限，例如驅動件52可藉由事先進行編程之微控制器(例如Arduino、ESP32、raspberry pi等)進行自動控制閂體51上升或下降。
請參閱圖8至10所示，說明本發明之活動閂組件之另一實施例結構。
請參閱圖8及圖9所示，活動閂組件50A設置於底座11之內部空間111內，包括一閂體51A與一驅動件52A。於底座11之內部空間111內設有一套座113，套座113內具有一長度平行於第一方向F1的活動空間114。
請參閱圖8至圖10所示，閂體51A具有一滑槽511A，滑槽511A垂直於第一方向F1貫穿閂體51A。滑槽511A靠近驅動件52A之一端之水平高度H1低於滑槽511A遠離驅動件52A之一端之水平高度H2。於滑槽511A之中央部位設有一貫穿部512A貫穿閂體51A之一側。閂體51A設置於套座113內，由套座113限制閂體51A僅能做平行於第一方向F1之運動。
驅動件52A包括一伺服馬達521、一第一連桿522A、一第二連桿522B、一軸體523A與二擋件524A。第一連桿522A的其中一端與第二連桿522B的其中一端相樞接。第一連桿522A的另外一端與伺服馬達521連接，第二連桿522B的另外一端伸入閂體51A之貫穿部512A。
軸體523A垂直於第一方向F1穿設於滑槽511A內且樞設於第二連桿522B。二擋件524A分別設置於軸體523A的相對兩軸向端，限制軸體523A軸向移動。如此可使第二連桿522B與閂體51A相樞接。
請參閱圖11所示，伺服馬達521驅動第一連桿522A帶動第二連桿522B上抬，第二連桿522B可帶動軸體523A上滑至滑槽511A的頂端，並帶動閂體51A上升穿過貫穿孔112凸伸於底座11之頂面且插設於閂孔26內。此時，活動半錐部20呈關閉狀態，可參考圖1或圖5所示態樣。
請參閱圖12所示，當伺服馬達521驅動第一連桿522A帶動第二連桿522B下壓，第二連桿522B可帶動軸體523A下滑至滑槽511A的底端，使閂體51A下降而縮入底座11之內部空間111內。此時，活動半錐部20被釋放，可呈現圖2或圖6所示開啟態樣。
同理，當活動半錐部20被推開後，再由伺服馬達521驅動第一連桿522A帶動第二連桿522B上抬，並帶動閂體51A上升穿過貫穿孔112凸伸於底座11之頂面(如圖11所示態樣)，阻止活動半錐部20與固定半錐部12再度接觸，可參考圖7所示態樣，以利於原本置放於容置空間ST內之物件(例如降落傘)可被順利釋出。
圖4所示活動閂組件50與圖9所示活動閂組件50A的結構雖略有不同，但基本架構相同且工作原理相同，二者皆包括一閂體與一驅動件，且驅動件包括一伺服馬達與至少一連桿，由伺服馬達驅動連桿帶動閂體上下往復運動以使活動半錐部呈關閉或開放狀態。
請參閱圖13所示，其顯示小型探空火箭之可載荷門式鼻錐100設置於一大致呈圓筒狀之箭身202之一軸向端，於該箭身202之另一軸向端設有尾翼204，如此構成一小型探空火箭200。於箭身202中設有燃料提供
小型探空火箭200動力以發射升空。當小型探空火箭200升空時，其狀態如圖13所示。
請參閱圖14所示，當小型探空火箭200內之燃料燃燒殆盡後，如圖6所示先控制閂體51下降縮入底座11內，活動半錐部20被彈性件40推開後，再控制閂體51上升凸伸於底座11之頂面，避免活動半錐部20再度與固定半錐部12接觸而闔上，因此原本設置於小型探空火箭之可載荷門式鼻錐100內之降落傘206可被順利釋出並展開，由降落傘206提供小型探空火箭200降落時的緩衝力。小型探空火箭200整體結構可重複使用，節省成本且環保。
綜上所述，本發明所提供之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，有別於傳統的拋棄式鼻錐或以連接件(例如掛繩或鬆緊帶)連接式鼻錐，不僅可重複使用，且可免除掛繩或鬆緊帶妨礙載荷(例如降落傘)之釋出，使增進小型探空火箭降落之安全性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:小型探空火箭之可載荷門式鼻錐
10:主體
11:底座
111:內部空間
112:貫穿孔
12:固定半錐部
121:第一側
122:第二側
123:第一底緣
20:活動半錐部
21:第三側
22:第四側
23:第二底緣
24:樞轉軸
25:閂座
26:閂孔
27:凹洞
30:磁吸組件
31:第一磁吸件
32:第二磁吸件
40:彈性件
50:活動閂組件
F1:第一方向
S1:第一空間
S2:第二空間
ST:容置空間
Claims (10)
- 一種小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其包含： 一主體，其包括一底座與一固定半錐部，該固定半錐部設置於該底座頂面，該底座之頂面具有一貫穿孔； 一活動半錐部，樞設於該固定半錐部之一側，該活動半錐部以該樞接處為中心翻轉而與該固定半錐部相互接觸或分離，於該活動半錐部朝向該固定半錐部之面具有一閂孔； 一磁吸組件，設置於該固定半錐部與該活動半錐部互相接觸之面之相對應之位置； 一彈性件，設置於該固定半錐部； 一活動閂組件，設置於該底座內，包括一閂體與一驅動件，該閂體被該驅動件驅動可上升穿過該貫穿孔凸伸於底座頂面或縮入該底座內； 其中，該固定半錐部與該活動半錐部接觸時可藉由該磁吸組件相互磁吸，該彈性件被壓縮夾設於該固定半錐部與該活動半錐部之間，該閂體上升且插設於該閂孔內，當該閂體被驅動縮入該底座內時，該彈性件將該活動半錐部推開後，該閂體再被驅動上升凸伸於該底座之頂面，以阻止該活動半錐部與該固定半錐部接觸。
- 如請求項1之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中： 該固定半錐部平行於一第一方向具有相對之一第一側與一第二側，於該第一側與該第二側之間具有一第一底緣，該第一側、該第二側與該第一底緣之間形成一第一空間，固定半錐部以該第一底緣連接於該底座之頂面； 該活動半錐部平行於該第一方向具有相對之一第三側與一第四側，該第三側與該第四側之間具有一第二底緣，該第三側、該第四側與該第二底緣之間形成一第二空間，該第四側與該第二側相樞接，該活動半錐部以該樞接處為中心翻轉，使該活動半錐部之該第三側與該固定半錐部之該第一側相互接觸或分離； 其中，該固定半錐部與該活動半錐部接觸時，該活動半錐部之該第三側與該固定半錐部之該第一側相互接觸，該活動半錐部之該第四側與該固定半錐部之該第二側相互接觸，該活動半錐部與該固定半錐部組合構成一尖錐體，該活動半錐部與該固定半錐部內部由該第一空間與該第二空間構成一容置空間。
- 如請求項2之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該彈性件固定設置於該第一側，於該活動半錐部之該第三側相對應於該彈性件處設有一凹洞，該活動半錐部之該第三側與該固定半錐部之該第一側相互接觸，該彈性件朝向該第三側之一端伸入該凹洞並被壓縮。
- 如請求項1之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該磁吸組件包括一第一磁吸件與一第二磁吸件，分別設置於該固定半錐部與該活動半錐部互相接觸之面之相對應之位置。
- 如請求項1之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該驅動件包括一伺服馬達與至少一連桿，該連桿連接該伺服馬達與該閂體，該伺服馬達驅動該連桿帶動閂體上升凸伸於底座頂面或縮入該底座內。
- 如請求項1之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中： 該閂體具有一滑槽，該滑槽垂直於該第一方向貫穿該閂體，該滑槽靠近該驅動件之一端之水平高度低於該滑槽遠離該驅動件之一端之水平高度，於該滑槽之中央部位設有一貫穿部貫穿該閂體之一側； 該驅動件包括一伺服馬達、一第一連桿、一第二連桿、一軸體與二擋件，該第一連桿的其中一端與該第二連桿的其中一端相樞接，該第一連桿的另外一端與該伺服馬達連接，該第二連桿的另外一端伸入該閂體之該貫穿部；該軸體垂直於該第一方向穿設於該滑槽內且樞設於該第二連桿，該二擋件分別設置於該軸體的相對兩軸向端。
- 如請求項6之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該底座之該內部空間內設有一套座，該套座內具有一長度平行於該第一方向的活動空間，該閂體設置於該套座內，由該套座限制該閂體僅能做平行於該第一方向之運動。
- 如請求項1之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該活動半錐部朝向該固定半錐部之面具有一閂座，於該閂座設有該閂孔，其中，該固定半錐部與該活動半錐部接觸時，該閂座位於該貫穿孔之上方，該閂孔之投影位置落於該貫穿孔。
- 如請求項1之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該主體與該活動半錐部之材質為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS)、聚乳酸(Polylactic Acid, PLA)、聚氯乙烯（Poly vinyl chloride, PVC）其中之一。
- 如請求項9之小型探空火箭之可載荷門式鼻錐，其中該主體與該活動半錐部之表面使用碳纖維披覆。
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-
2022
- 2022-05-11 TW TW111117701A patent/TWI825716B/zh active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202344438A (zh) | 2023-11-16 |
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