半剛性機械展開進入減速著陸裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種半剛性機械展開進入減速著陸裝置，屬于航天器進入與返回領域。包括主體、控制環(huán)、剛性頭錐、半剛性防熱罩、半剛性防熱罩控制機構和柔性防熱罩機構，主體與控制環(huán)固連，控制環(huán)與剛性頭錐之間連接驅動機構，驅動機構控制控制環(huán)與剛性頭錐作相對運動；半剛性防熱罩覆蓋安裝在半剛性防熱罩控制機構上，半剛性防熱罩控制機構分別與主體與剛性頭錐相鉸接，控制半剛性防熱罩的展開或收攏；半剛性防熱罩的外側邊上設有可向外側二次展開的柔性防熱罩機構。本實用新型展開后的總面積大于一次展開面積，而收攏發(fā)射狀態(tài)下保持較小的體積，提高了裝置的收納比，提高了氣動面減速效果，降低了系統(tǒng)復雜性，實現(xiàn)了兩級減速與著陸緩沖的有機統(tǒng)一。
【專利說明】
半剛性機械展開進入減速著陸裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種減速著陸裝置，具體講是一種半剛性機械展開進入減速著陸裝置，屬于航天器進入與返回技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著深空探測的不斷深入，在大型載荷進入有大氣環(huán)境星體時需要進行有效減速。現(xiàn)有設計的半剛性機械展開再(進)入減速著陸結構可以提供較大的氣動減速面、很好地解決大型載荷進入、減速、著陸的難題，同時也存在一些缺點:第一、收納比有限。展開后的氣動減速面面積越大其收攏狀態(tài)的體積就越大，對火箭整流罩包絡需求也越高。因此，從工程應用上說，該結構氣動減速面展開面積不可能“無限”大，減速效果有限，仍需要采用降落傘等其他方式進行二次減速;第二、反向重構之后結構不具備緩沖作用，著陸段主要依靠反推發(fā)動機進行緩沖，系統(tǒng)重量和復雜程度較大。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種展開面積大，收納比高的半剛性機械展開再入減速著陸裝置。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型提供的半剛性機械展開再入減速著陸裝置，包括主體、控制環(huán)、剛性頭錐、半剛性防熱罩、半剛性防熱罩控制機構和柔性防熱罩機構，所述主體與控制環(huán)連接，所述控制環(huán)與剛性頭錐之間連接驅動機構，所述驅動機構控制控制環(huán)與剛性頭錐作相對運動;所述半剛性防熱罩覆蓋安裝在半剛性防熱罩控制機構上，所述半剛性防熱罩控制機構分別與主體與剛性頭錐相鉸接，控制半剛性防熱罩的展開或收攏；所述半剛性防熱罩的外側邊上設有可向外側展開的柔性防熱罩機構。
[0005]本實用新型中，所述防熱罩控制機構包括多個沿主體周向間隔設置的彈性反轉驅動桿、與彈性反轉驅動桿數(shù)量一致的連接桿及輻條，所述彈性反轉驅動桿的一端與主體鉸接，并通過制動器控制彈性反轉驅動桿向主體外側轉動，另一端與連接桿鉸接;所述連接桿的兩端分別與輻條、反轉驅動桿相鉸接，所述輻條的一端與剛性頭錐鉸接，所述輻條上安裝半剛性防熱罩。
[0006]本實用新型中，所述柔性防熱罩機構包括輻條和柔性防熱罩，所述輻條包括套筒、伸縮桿、彈簧和切割器，所述彈簧位于套筒內(nèi)，伸縮桿的一端穿過彈簧連接到套筒底部并壓縮彈簧，自由端伸出套筒;所述切割器設于套筒內(nèi)，用于切斷伸縮桿;所述柔性防熱罩相對應的兩側邊分別與相鄰的伸縮桿連接，另兩側邊中的一側與半剛性防熱罩連接。
[0007]本實用新型中，所述彈性反轉驅動桿包括基座、伸縮驅動桿和彈簧，所述彈簧固定于基座內(nèi)，伸縮驅動桿的一端插入基座與彈簧連接。
[0008]本實用新型中，所述伸縮桿的自由端為弧形結構。
[0009]本實用新型的有益效果在于:(I)、本實用新型通過半剛性防熱罩和柔性防熱罩依次進行二次展開，使展開后的總面積大于一次展開面積，而收攏發(fā)射狀態(tài)下保持較小的體積，明顯提高了裝置的收納比，降低了對運載火箭整流罩包絡需求；(2)、采用二次展開后，除了增加氣動面面積，提高了氣動面減速效果外，還可以實現(xiàn)二次減速使用，進一步提升了著落的穩(wěn)定性；(3)、本實用新型伸縮桿尺寸可根據(jù)不同的任務進行設計，能適應不同的再(進)入環(huán)境；(4)、通過彈性反轉驅動桿和伸縮桿配合形成的二級阻尼結構，可提供著陸緩沖，減小系統(tǒng)重量及復雜程度，為未來大型載荷地外星體進入、減速、著陸提供了一種新的技術路徑。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型半剛性機械展開進入減速著陸裝置結構示意圖(一次展開狀態(tài))；
[0011]圖2為本實用新型半剛性機械展開進入減速著陸裝置結構示意圖1(一次展開狀態(tài))；
[0012]圖3為本實用新型半剛性機械展開進入減速著陸結構示意圖(收攏狀態(tài))；
[0013]圖4為本實用新型半剛性機械展開進入減速著陸結構示意圖(二次展開狀態(tài))；
[0014]圖5為本實用新型半剛性機械展開進入減速著陸結構示意圖(緩沖著陸狀態(tài))；
[0015]圖6為反轉驅動桿結構示意圖:圖中，(a)為立體圖、(b)為內(nèi)部結構示意圖；
[0016]圖7為輻條結構示意圖(伸縮桿壓縮狀態(tài))；
[0017]圖8為輻條結構示意圖(伸縮桿展開狀態(tài))；
[0018]圖9為柔性防熱罩結構示意圖:圖中，(a)為柔性防熱罩收攏狀態(tài)示意圖、(b)為柔性防熱罩一次展開狀態(tài)示意圖1、(C)為柔性防熱罩展開示意圖。
[0019]圖中，1-主體、2-反轉驅動桿、3-控制環(huán)、4-頭錐環(huán)、5-剛性頭錐、6_輻條、7_連接桿、8-半剛性防熱罩、9-柔性防熱罩、I O-基座、11-伸縮驅動桿、12-彈黃、13_套筒、14-伸縮桿、15-彈簧、16-切割器。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0021]如圖1至5所示，本實用新型的半剛性機械展開再入減速著陸裝置，包括主體1、彈性反轉驅動桿2、控制環(huán)3、頭錐環(huán)4、剛性頭錐5、輻條6、連接桿7、半剛性防熱罩8和柔性防熱罩9。主體1、控制環(huán)3、頭錐環(huán)4和剛性頭錐5自上而下依次設置，主體I為圓柱形結構，控制環(huán)3位于主體I下方，直徑小于主體I且與主體I固定連接;頭錐環(huán)4通過螺栓固定在剛性頭錐5的上方，剛性頭錐5位于最下端，其截面類似于扇形。頭錐環(huán)4與控制環(huán)4之間連接多根線纜，線纜繞在電機(圖中未顯示)上，電機轉動改變線纜長度，實現(xiàn)頭錐環(huán)4與控制環(huán)3之間相對運動，從而實現(xiàn)一次展開。
[0022]主體I沿周向間隔安裝多個反轉驅動桿2，反轉驅動桿2上部與連接桿7鉸接，彈性反轉驅動桿2的下部與主體I下部通過轉軸相鉸接，并在鉸接處安裝電動控制器(圖中未顯示)，電動控制器控制彈性反轉驅動桿2繞轉軸旋轉，使反轉驅動桿2向主體I的外側展開。
[0023]如圖6所示，反轉驅動桿2為一個伸縮結構，反轉驅動桿2包括基座10、伸縮驅動桿11和彈簧12?；?0的一端開口，彈簧12固定在基座10內(nèi)，伸縮驅動桿11插入基座10內(nèi)與彈簧12連接。在發(fā)射和展開時，彈簧12均處于壓縮狀態(tài)。在著陸時，彈簧12進一步壓縮起到緩沖的作用。
[0024]輻條6和連接桿7的數(shù)量與反轉驅動桿2數(shù)量相一致。如圖7和8所示，輻條6包括套筒13、伸縮桿14、彈簧15和切割器16。彈簧15固定套筒13內(nèi)，伸縮桿14的一端穿過彈簧15，與套筒13底部相螺接，使得彈簧15壓縮，伸縮桿14的另一端為自由端，自由端為弧形結構。切割器16設置在彈簧15與套筒13底部之間，切割器16可切斷伸縮桿14，在彈簧15的作用下伸縮桿14自動從套筒13中向外彈出。發(fā)射和一次展開時，彈簧15處于壓縮狀態(tài)，之后切割器16切斷伸縮桿14，并在彈簧15作用下彈出，從而帶動柔性防熱罩9向外側展開，實現(xiàn)氣動面的二次展開。在著陸時，伸縮桿14可以作為緩沖支腿使用，伸縮桿14通過彈簧15起到緩沖作用。
[0025]連接桿7的一端通過球絞與反轉驅動桿2的上部相連接，另一端通過轉軸與套筒13相鉸接。套筒13的一端與頭錐環(huán)4鉸接，套筒13的另一端為自由端。多根輻條6沿頭錐環(huán)周向間隔分布。
[0026]半剛性防熱罩8采用編織碳纖維材料制成，具有很強的耐高溫及抗拉伸性能，適用于高速情況下的熱防護。半剛性防熱罩8覆蓋安裝在輻條的套筒13上并與剛性頭錐5相連接，展開時呈圓形。
[0027]圖9所示，柔性防熱罩9位于半剛性防熱罩8的外側，采用柔性復合隔熱材料制成，折疊性能優(yōu)于半剛性防熱罩8，具有極強的可折疊性，可以壓縮在很小的體積內(nèi)，適用于速度較低時的減速和熱防護。柔性防熱罩9的一側與半剛性防熱罩8縫合，另外相對應的兩側連接分別與相鄰兩根輻條6上的伸縮桿14相連接。在收攏和一次展開時，柔性防熱罩9均處于折疊狀態(tài)，二次展開時，切割器16切斷伸縮桿14與套筒13之間的連接，柔性防熱罩9在伸縮桿14的帶動下向外側展開，完成氣動面的二次展開。
[0028]下面以某一地外星體大型載荷著陸為例，本實用新型的工作流程如下:
[0029]本實用新型在發(fā)射時整個裝置處于收攏狀態(tài)位于火箭整流罩內(nèi)，半剛性防熱罩收攏在輻條之間的區(qū)域，柔性防熱罩折疊在輻條的外端部，如圖3所示。
[0030]進入大氣前，在線纜的驅動下，控制環(huán)和頭錐環(huán)相向運動貼合到一起，引起連接桿繞軸往外旋轉，輻條繞頭錐環(huán)轉動，最終帶動半剛性防熱罩展開，形成一個氣動面，完成結構一次展開，如圖2所示。在一次展開過程中伸縮桿始終處于收攏狀態(tài)、柔性防熱罩始終處于折疊狀態(tài)。
[0031]進入過程中，本實用新型依靠一次展開形成的氣動面進行氣動減速和熱防護，當飛行速度降低至某一勻速時(通常此時速度仍然很大，無法直接著陸)，套筒內(nèi)的切割器切斷伸縮桿，在彈簧的作用下伸縮桿快速彈出，帶動柔性防熱罩展開，形成一個更大的氣動面，進行二次減速，將飛行速度減小至著陸允許值，如圖4所示。
[0032]在著陸前，電動控制器驅動彈性反轉驅動桿繞軸開始旋轉向外展開，當反轉驅動桿與連接桿成一條直線時，旋轉結束，整體結構變換為一個緩沖支腿結構。在著陸過程中，依靠反轉驅動桿內(nèi)的彈簧和輻條內(nèi)的彈簧實現(xiàn)裝置的二級緩沖，如圖5所示。
[0033]本實用新型在采用二次展開柔性防熱罩，既實現(xiàn)了氣動面二次展開又依靠驅動桿和輻條內(nèi)的彈簧實現(xiàn)無推進系統(tǒng)的二級著陸緩沖，大大提高了結構收納比、降低了對運載火箭整流罩包絡要求，又增大了氣動面的面積，提高了減速效果，同時減小系統(tǒng)重量及復雜程度，成功解決了原方案存在的收納比有限、著陸緩沖系統(tǒng)復雜等難題，為未來大型載荷地外星體進入、減速、著陸提供了一種技術路徑。
[0034]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種半剛性機械展開進入減速著陸裝置，其特征在于:包括主體、控制環(huán)、剛性頭錐、半剛性防熱罩、半剛性防熱罩控制機構和柔性防熱罩機構，所述主體與控制環(huán)連接，所述控制環(huán)與剛性頭錐之間連接驅動機構，所述驅動機構控制控制環(huán)與剛性頭錐作相對運動;所述半剛性防熱罩覆蓋安裝在半剛性防熱罩控制機構上，所述半剛性防熱罩控制機構分別與主體和剛性頭錐相鉸接，控制半剛性防熱罩的展開或收攏;所述半剛性防熱罩的外側邊上設有可向外側二次展開的柔性防熱罩機構。2.根據(jù)權利要求1所述半剛性機械展開進入減速著陸裝置，其特征在于:所述防熱罩控制機構包括多個沿主體周向間隔設置的彈性反轉驅動桿、與彈性反轉驅動桿數(shù)量一致的連接桿及輻條，所述彈性反轉驅動桿的一端與主體鉸接，并通過制動器控制彈性反轉驅動桿向主體外側轉動，另一端與連接桿鉸接;所述連接桿的兩端分別與輻條、反轉驅動桿相鉸接，所述輻條的一端與剛性頭錐鉸接，所述輻條上安裝半剛性防熱罩。3.根據(jù)權利要求2所述半剛性機械展開進入減速著陸裝置，其特征在于:所述柔性防熱罩機構包括輻條和柔性防熱罩，所述輻條包括套筒、伸縮桿、彈簧和切割器，所述彈簧位于套筒內(nèi)，伸縮桿的一端穿過彈簧連接到套筒底部并壓縮彈簧，自由端伸出套筒;所述切割器設于套筒內(nèi)，用于切斷伸縮桿;所述柔性防熱罩相對應的兩側邊分別與相鄰的輻條連接，另兩側邊中的一側與半剛性防熱罩連接。4.根據(jù)權利要求3所述半剛性機械展開進入減速著陸裝置，其特征在于:所述彈性反轉驅動桿包括基座、伸縮驅動桿和彈簧，所述彈簧固定于基座內(nèi)，伸縮驅動桿的一端插入基座與彈貪連接。5.根據(jù)權利要求4所述半剛性機械展開進入減速著陸裝置，其特征在于:所述伸縮桿的自由端為弧形結構。6.根據(jù)權利要求1所述半剛性機械展開進入減速著陸裝置，其特征在于:所述柔性防熱罩機構包括輻條和柔性防熱罩，所述輻條包括套筒、伸縮桿、彈簧和切割器，所述彈簧位于套筒內(nèi)，伸縮桿的一端穿過彈簧連接到套筒底部并壓縮彈簧，自由端伸出套筒;所述切割器設于套筒內(nèi)，用于切斷伸縮桿;所述柔性防熱罩相對應的兩側邊分別與相鄰的輻條連接，另兩側邊中的一側與半剛性防熱罩連接。
【文檔編號】B64G1/62GK205469880SQ201620027046
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月13日
【發(fā)明人】張鵬, 李旭東, 尚明友, 侯向陽, 童明波, 張紅英
【申請人】北京空間技術研制試驗中心, 南京航空航天大學